فهرست مطالب

چکیده

فصل اول: آشنایی کلی با سازه‌های پارچه‌ای

بخش اول: مواد کامپوزیتی و خصوصیات آنها ۱

۱-۱- تاریخچه ۱

۲-۱- مقدمه ۲

۳-۱- کامپوزیتها چه هستند؟ ۵

۴-۱- صنعت کامپوزیتها ۸

۱-۴-۱- کامپوزیتهای مصرفی ۸

۲-۴-۱- کامپوزیتهای صنعتی ۹

۳-۴-۱- کامپوزیتهای پیشرفته ۹

۵-۱- ساختارهای تشکیل دهنده مواد مرکب ۱۰

۶-۱- چرا کامپوزیتها متفاوتند؟ ۱۱

۷-۱- کامپوزیتها از نقطه نظر دیگر ۱۳

۸-۱- طبقه بندی کامپوزیتها ۱۴

۱-۸-۱- کامپوزیتهای الیافی (رشته‌ای) ۱۵

۲-۸-۱- کامپوزیتهای لایه‌ای ۱۶

۳-۸-۱- کامپوزیتهای ذره‌ای ۱۷

۴-۸-۱- کامپوزیتهای پولکی ۱۷

۵-۸-۱- کامپوزیتهای پرشده ۱۷

۹-۱- مزایای هشتگانه کامپوزیتها (پلاستیکهای تقویت شده با الیاف FRP) 19

1-9-1- انعطاف پذیری در طراحی ۱۹

۲-۹-۱- پایداری ابعاد ۱۹

۳-۹-۱- ساخت قطعات به شکل یکپارچه ۱۹

۴-۹-۱- مقاومت بالا ۲۰

۵-۹-۱- سبکی وزن ۲۰

۶-۹-۱- هزینه تجهیزات متوسط ۲۰

۷-۹-۱- هزینه پرداختکاری پایین ۲۰

۸-۹-۱- مقاومت در برابر خوردگی بالا ۲۰

بخش دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده قبلی ۲۱

۱۰-۱- شبیه سازی سه بعدی زیرلایه‌های کامپوزیت بافته شده برای صفحه مدارهای چند لایه‌ای ۲۱

۱۱-۱- شبیه‌سازی تصادفی شکل گیری کامپوزیتهای بافته شده ۲۱

۱۲-۱- روش میکرو سطح/ ماکرو سطح و مولتی سطح برای آنالیز ورقه‌های کامپوزیت پارچه‌های بافته شده ۲۲

۱-۱۲-۱- روش میکروسطح / ماکروسطح و مولتی سطح ۲۴

۱۳-۱- روندهای نمونه برداری برای کامپوزیت‌های بافته شده هشت وجهی سه‌بعدی ۲۶

۱-۱۳-۱- فرایند تولید برای کامپوزیتهای بافته شده سه بعدی ۲۸

۱۴-۱- تست فریم تصویری تقویت‌های کامپوزیت بافته شده با یک ثبت واتنش میدان کامل ۲۹

۱۵-۱- مدل‌های میکرو مکانیکی برای رفتار خمش کامپوزیت بافته شده ۳۰

بخش سوم: سازه‌های پارچه‌ای ۳۲

۱۶-۱- سازه‌های پارچه‌ای ۳۲

۱۷-۱- خصوصیات مواد نساجی ۳۴

۱۸-۱- پارچه‌های مورد استفاده در سازه‌های پارچه‌ای ۳۵

۱۹-۱- انواع سازه‌های پارچه‌ای ۳۵

۲۰-۱- مزیت‌های سازه‌های پارچه‌ای ۳۷

۲۱-۱- انتخاب سازه‌های پارچه‌ای ۳۷

۲۲-۱- کاربردهای امروزه ۳۸

فصل دوم: مقایسه خصوصیات مکانیکی پارچه کامپوزیتی با پارچه پیراهنی

بخش اول: روش انجام آزمایشات ۴۲

۱-۲- مقدمه ۴۲

۲-۲- معرفی مواد مورد آزمایش ۴۲

۱-۲-۲- پارچه کامپوزیتی (سازه پارچه‌ای) ۴۲

۱-۱-۲-۲- خصوصیات پارچه کامپوزیتی ۴۲

۲-۲-۲- پارچه پیراهنی ۴۳

۱-۲-۲-۲- خصوصیات پارچه پیراهنی ۴۳

۳-۲- اندازه‌گیری ضخامت با دستگاه ۴۴

۱-۳-۲- اندازه‌گیری ضخامت پارچه کامپوزیتی ۴۴

۲-۳-۲- اندازه‌گیری ضخامت پارچه پیراهنی ۴۵

۴-۲- تعریف خواص مکانیکی ۴۶

۱-۴-۲- خاصیت کشسانی و قانون هوک ۴۶

۵-۲- خواص مکانیکی پارچه ۴۷

۱-۵-۲- استحکام ۴۷

۲-۵-۲- مقاومت خمشی ۴۷

۳-۵-۲- قابلیت ازدیاد طول ۴۸

۶-۲- طول خمشی ۴۸

۱-۶-۲- سختی خمشی ۵۱

۲-۶-۲- مدول خمشی ۵۱

۷-۲- استحکام پارچه ۵۲

۱-۷-۲- مقدمه ۵۲

۲-۷-۲- خصوصیات موثر بر خواص استحکامی کششی پارچه ۵۲

۳-۷-۲- اندازه‌گیری استحکام پارچه ۵۵

۴-۷-۲- اندازه‌گیری استحکام پارچه با باریکه‌ای از پارچه ۵۶

بخش دوم: نتایج بدست آمده از آزمایشات ۵۸

۸-۲- محاسبه سختی خمشی ۵۸

۱-۸-۲- سختی خمشی پارچه کامپوزیتی در جهت تار ۵۸

۲-۸-۲- سختی خمشی پارچه کامپوزیتی در جهت مورب ס۴۵ ۵۸

۳-۸-۲- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت تار ۵۹

۴-۸-۲- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت پود ۵۹

۵-۸-۲- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت مورب ס۴۵ ۶۰

۹-۲- محاسبه استحکام ۶۱

۱-۹-۲- اندازه‌گیری استحکام پارچه کامپوزیتی در جهت تار ۶۱

۲-۹-۲- اندازه‌گیری استحکام پارچه کامپوزیتی در جهت مورب ס۴۵ ۶۲

۳-۹-۲- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت تار ۶۳

۴-۹-۲- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت پود ۶۴

۵-۹-۲- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت مورب ס۴۵ ۶۵

۱۰-۲- محاسبه سختی برشی ۶۶

۱-۱۰-۲- سختی برشی برای پارچه کامپوزیتی ۶۶

۲-۱۰-۲- سختی برشی برای پارچه پیراهنی ۶۶

فصل سوم: نتیجه‌گیری

۱-۳- مقدمه ۶۷

۲-۳- مقایسه خواص مکانیکی پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی ۶۷

۳-۳- مقایسه خواص ظاهری پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی ۶۸

۴-۳- نتایج ۶۸

ضمائم ۶۹

منابع و مآخذ

فهرست منابع فارسی ۹۵

فهرست منابع غیرفارسی ۹۶

فهرست جداول

۱-۲-   جدول: اندازه‌گیری ضخامت پارچه کامپوزیتی ۴۴

۲-۲-   جدول: اندازه‌گیری ضخامت پارچه پیراهنی ۴۵

۳-۲-   جدول: داده‌های آزمایش پارچه کامپوزیتی در جهت تار ۶۱

۴-۲-   جدول: نتایج آماری پارچه کامپوزیتی در جهت تار ۶۱

۵-۲-   جدول: داده‌های آزمایش پارچه کامپوزیتی در جهت مورب (o45) 62

6-2-   جدول: نتایج آماری پارچه کامپوزیتی در جهت مورب (o45) 62

7-2-   جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت تار ۶۳

۸-۲-   جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت تار ۶۳

۹-۲-   جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت پود ۶۴

۱۰-۲-  جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت پود ۶۴

۱۱-۲-  جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت مورب (o45) 65

12-2-  جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت مورب (o45) 65

1-3-   جدول: مقایسه خواص مکانیکی پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی ۶۷

۲-۳-  جدول: مقایسه خواص ظاهری پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی ۶۸

فهرست شکل‌ها

۱-۱-   شکل: کامپوزیت طبیعی ۵

۲-۱-   شکل: کاهگل (خشت) ۷

۳-۱-    شکل: واسطه ارتباط بین الیاف و ماتریس ۱۱

۴-۱-    شکل: تفاوت ساختاری بین کامپوزیتها و فلزات ۱۲

۵-۱-   شکل: شکل کلی انواع کامپوزیت‌ها ۱۵

۶-۱-   شکل: طبقه بندی کامپوزیتها از دیدگاه دیگر ۱۸

۷-۱-   شکل: روش چند سطحی برای ساختمان های کامپوزیت پارچه بافته شده ۲۵

۸-۱-   شکل: ترمینال حج در عربستان سعودی ۳۲

۹-۱-   شکل: گنبد پارچه‌ای در لندن ۳۳

۱۰-۱-   شکل: استادیوم ورزشی در کالیفرنیا ۳۳

۱۱-۱-   شکل: ساختار سازه پارچه‌ای ۳۴

۱۲-۱-  شکل: چگونگی تشکیل سازه پارچه‌ای ۳۵

۱۳-۱-   شکل: سازه‌های هوایی ۳۶

۱۴-۱-   شکل: سازه‌های کششی ۳۶

۱۵-۱-   شکل: سقف خانه ۳۸

۱۶-۱-   شکل: گنبد ۳۹

۱۷-۱-   شکل: سالن‌های نمایش ۳۹

۱۸-۱-   شکل: استادیوم‌های ورزشی ۴۰

۱۹-۱-   شکل: پارکهای تفریحی ۴۰

۲۰-۱-   شکل: سالن نمایشگاه ۴۱

۱-۲-   شکل: منحنی تنش- کرنش یک ماده در منطقه‌ای که رفتار کشسان از خود نشان می‌دهد ۴۶

۲-۲-   شکل: اصول اندازه گیری خمش پارچه ۴۹

۳-۲-   شکل: روش آزمایشگاهی بررسی خمش پارچه ۵۰

۴-۲-    شکل: اثر تاب بر استحکام نخ ۵۳

۵-۲-   شکل: دستگاه استحکام سنج کششی پارچه ۵۷

بخش اول: مواد کامپوزیتی و خصوصیات آن

۱-۱- تاریخچه

ترکیب مواد برای ساختن یک ماده جدید با خواص بهتر از گذشته دور مطرح بوده است.استفاده کارگران از ساقه های بریده شده درختها، استفاده سامورائی های ژاپنی از فلزات چندلایه در ساخت شمشیر واستفاده هنرمندان از کاغذهای لایه لایه در اندازه های مختلف برای ساخت ابزار آلات هنری از نمونه های کاربردی ترکیب مواد از  گذشته دور است. ]۲[

مبدا و زمان مشخصی درباره استفاده از مواد مرکب در دست نیست، اما به گواهی تاریخ در مصر باستان از «کاه‌گل» برای ساخت بناها استفاده می‌شده است. همچنین در ۸۰۰۰ سال قبل از میلاد نیز فلسطینی‌ها از نی و حصیر در ساخت آجر و از حرارت خورشید برای عمل آوردن آن استفاده می‌کردند. در ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد در خاورمیانه از اولین ماده مرکب که در آن پلیمر به کار رفته بود، برای قیراندود کردن قایقها استفاده می‌شد. در ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد نیز از چوبهای لایه لایه، با چسب طبیعی گیاهان و درختان و یا سریش و تخم‌مرغ استفاده می‌گردید. با بسط و توسعه شیمی آلی در سال ۱۸۴۷ «برزیلوس» شیمیدان سوئدی اولین رزینها را تهیه کرد و در سال ۱۹۰۹ رزین با کالیت (رزین فنل فرمالدئید) بدست آمد. در سال ۱۹۳۰ دانشمندان به فکر استفاده از مواد تقویت‌کننده افتاده و مفهوم جدید مواد مرکب را پایه‌گذاری کردند. در سال ۱۹۴۲ پلی استر تقویت شده با شیشه، ۱۹۴۶ مواد مرکب با رزین اپاکسی، ۱۹۶۴ کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف هیبریدکربن و شیشه، در سال ۱۹۷۵ مواد مرکب هیبریدی از الیاف

 آرامیدی- گرافیت ساخته شده است. اخیراً نیز از علم ژنتیک برای رسیدن به تارهای مقاومت بالا در مواد مرکب استفاده می‌شود. ]۴[

در این رابطه می‌توان به الیاف ابریشمی اشاره نمود که از این طریق تهیه شده‌اند که حدود پنج برابر لیفی فولادی با همان قطر مقاومت دارند. ضمن آنکه دانسیته کمتری نیز دارند. ]۴[

قدمت اولین ماده کامپوزیتی با رفتار بالا و پیشرفته به قدمت بشر وحیات وی است: استخوان ها و بافت ماهیچه یک کامپوزیت لایه لایه چند جهتی  هستند، تایر اتومبیل نیز یک کامپوزیت امروزی است .امروزه ،الیاف در داخل مواد برای ایجاد مقاومت  وسفتی  استفاده می‌شوند و گذشته از آن سازندگان از تقویت کنندگان مقاوم در مقابل حرارت برای پخت سریع کامپوزیت‌ها ، بدون ایجاد تنش های داخلی بالادرآنها ، استفاده می کنند. ]۲[