خستگی در کامپوزیت ها

خستگی در کامپوزیت ها (Bryan Harris)

Fatigue in composites

شرح:

خستگی در کامپوزیت ها (Bryan Harris) : کامپوزیت (ماده مرکب یا چندسازه) بصورت زیر تعریف می‌شود:ماده‌ای اطلاق می‌شود که از دو فاز ماتریس و تقویت کننده تشکیل شده باشد و از فاز دوم حداقل به اندازه ۵ درصد استفاده شده باشد. به ترکیب ماتریس با الیاف (یا ماده تقویت کننده) زیر ۵ درصد کامپوزیت گفته می‌شود.در مهندسی مواد این اصطلاح معمولاً به موادی گفته می‌شود که از یک فاز زمینه (ماتریس) و یک تقویت کننده (پرکننده) تشکیل شده باشند.کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریس و تقویت کننده تشکیل شده‌است. ماتریس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می‌دارد. تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار می‌گردد. به طور کلی تقویت کننده می‌تواند به صورت فیبرهای کوتاه و یا بلند و پیوسته باشد.کامپوزیت شامل یک فاز زمینه (ماتریکس) و یک یا چند فاز تقویت‌کننده (پرکننده یا فیلر) است. البته ترکیب مواد در کامپوزیت یک ترکیب فیزیکی و ماکروسکوپی است؛ یعنی اجزای تشکیل‌دهنده یک کامپوزیت با هم به صورت شیمیایی ترکیب نمی‌شوند به طوری که اجزای تشکیل دهنده ماهیت شیمیایی و طبیعی خود را کاملا حفظ می کنند و سطح مشترک مشخصی بین اجزا وجود دارد.کامپوزیت‌های مهندسی را می‌توان از نظر فاز زمینه به ۳ دسته CMC (کامپوزیت‌های با زمینهٔ سرامیکی)، PMC (کامپوزیت‌های با زمینه پلیمری) و MMC (کامپوزیت‌های با زمینه فلزی) تقسیم‌بندی کرد.اما از نظر فاز تقویت‌کننده کامپوزیت‌ها به ۲ دسته کامپوزیت‌های تقویت‌شده با فیبر (FRC) و کامپوزیت‌های تقویت شده توسط ذرات (PRC) دسته‌بندی می‌شوند.به عنوان مثال فایبرگلاس که یکی از پرکاربردترین کامپوزیت‌هاست، یک کامپوزیت با زمینه پلیمری است که توسط فیبرهای شیشه تقویت شده‌است. سیمان و بتن هم نمونه‌هایی از یک کامپوزیت سرامیکی هستند.. خستگی وقتی اتفاق می افتد که فلز تحت تنش تکراری یا نوسانی قرار گیرد که منجر به شکست ناگهانی قطعه می گردد. با پیشرفت صنعت و افزایش تعداد وسایلی از قبیل خودرو، هواپیما، کمپرسور، پمپ توربین و غیره که تحت بارگذاری تکراری و ارتعاشی هستند، خستگی بیشتر متداول شده و اکنون چنین برداشت می شود که عامل حداقل ۹۰ درصد شکست های ناشی از دلایل مکانیکی حین کار، خستگی باشد. به طور کلی شکست هایی که در شرایط بارگذاری دینامیک رخ می دهند، شکست های خستگی نامیده می شوند. هیچگونه تغییر واضحی در ساختار فلزی که به علت خستگی می شکند، وجود ندارد تا بتوان به عنوان مدرکی برای شناخت دلایل خستگی از آن استفاده کرد. دلیل عمده خطرناک بودن شکست خستگی این است که بدون آگاهی قبلی و قابل رویت بودن اتفاق می افتد. معمولاً شکست خستگی از ظاهر سطح شکست تشخیص داده می شود، که از یک ناحیه همواره حاصل از عمل سایش با اشاعه ترک در مقطع و یک ناحیه ناهموار که در هنگام عدم تحمل بار توسط مقطع، در قطعه به صورت نرم شکسته شده است، تشکیل می شود. غالباً پیشرفت شکست توسط یک دسته حلقه نشان داده می شود، که از نقطه شروع شکست به طرف داخل پیشرفت می کند.