بهبود توزیع بار و افزایش مقاومت خستگی در شبکههای سیمی کامپوزیتی (FRP)
شبکههای سیمی کامپوزیتی (FRP Mesh) به دلیل وزن کم، مقاومت کششی بالا و مقاومت کامل در برابر خوردگی، در پروژههای عمرانی و صنعتی جایگزین مناسبی برای مشهای فولادی سنتی محسوب میشوند.
با این حال، رفتار خستگی و توزیع غیر یکنواخت بار در این شبکهها همچنان به عنوان یک چالش مطرح است. در این پژوهش، اثر اصلاح الگوی بافت و استفاده از رزینهای مقاوم به خستگی بر بهبود توزیع تنش و افزایش طول عمر خستگی شبکههای سیمی GFRP و CFRP بررسی شده است.
نتایج تحلیل المان محدود (FEM) و آزمونهای بارگذاری چرخهای نشان میدهد که با بهینهسازی آرایش الیاف و اصلاح گرهها، میتوان توزیع تنش را یکنواختتر کرده و مقاومت خستگی را تا ۴۰ درصد بهبود داد.
1. مقدمه
شبکههای سیمی کامپوزیتی که عمدتاً از الیاف شیشه (GFRP) یا الیاف کربن (CFRP) به همراه رزین اپوکسی یا وینیلاستر ساخته میشوند، در محیطهای خورنده نظیر سواحل، تصفیهخانهها و سازههای صنعتی کاربرد روزافزونی یافتهاند.
ویژگیهای شاخص این مصالح شامل:
مقاومت بالا به خوردگی
وزن سبک
استحکام کششی بالا
سهولت حمل و نصب
با وجود این مزایا، پراکنش غیر یکنواخت تنش در محل گرهها و نقاط اتصال، باعث ایجاد تمرکز تنش و در نتیجه کاهش عمر خستگی میشود. این مسئله، بهویژه در بارگذاریهای چرخهای طولانیمدت، عملکرد کلی سازه را تحت تأثیر قرار میدهد.
2. مواد و روشها
2.1 مواد استفادهشده
الیاف شیشه نوع E با مدول الاستیسیته ۵۰ گیگاپاسکال
الیاف کربن با مدول بالا برای بخشهای بحرانی
رزین اپوکسی مقاوم به خستگی با Tg بیش از ۱۱۰ درجه سانتیگراد
2.2 روش ساخت چشمه شبکه میلگرد کامپوزیتی
بافت مش مربعی با فواصل ۵۰ میلیمتر و ۷۵ میلیمتر
استفاده از گرههای رزینی تقویتشده برای کاهش لغزش و تمرکز تنش
2.3 مدلسازی عددی با نرم افزار ABAQUS
استفاده از نرمافزار ABAQUS برای تحلیل المان محدود
اعمال بارگذاری چرخهای با دامنه تنش متغیر
استخراج منحنیهای S-N (تعداد سیکل تا شکست)
2.4 آزمونهای خستگی
نمونهبرداری از سه الگوی بافت مختلف
اجرای تست کشش-خستگی تا شکست
ثبت تغییرات عرض ترک و تغییرمکان نسبی گرهها
3. نتایج
3.1 توزیع تنش
مدلسازی FEM یا المان محدود و آنالیز مش نشان داد که استفاده از گرههای رزینی تقویتشده و آرایش مورب الیاف میتواند پیک تنش را در گرهها تا ۲۵٪ کاهش دهد.
3.2 بهبود عملکرد خستگی
آزمونهای بارگذاری چرخهای نشان داد:
الگوی بافت اصلاحشده نسبت به بافت ساده، ۴۰٪ افزایش عمر خستگی داشته است.
کاهش تمرکز تنش منجر به تأخیر در آغاز ترک و کند شدن رشد آن شده است.
3.3 اثر فاصله شبکه
مشهای با فاصله کوچکتر (۵۰ میلیمتر) توزیع بار یکنواختتری نشان دادند اما افزایش وزن و هزینه را در پی داشتند.
4. بحث
تحلیلها نشان داد که دو عامل اصلی در بهبود توزیع بار و مقاومت خستگی شبکههای FRP عبارتند از:
بهینهسازی آرایش الیاف و زاویهبندی رشتهها برای کاهش مسیر مستقیم انتقال تنش به گرهها.
تقویت گرهها با رزینهای پُرکننده مقاوم به خستگی برای جلوگیری از ریزترکزایی در اتصالات.
همچنین، انتخاب صحیح فاصله مش بر اساس نوع بارگذاری و شرایط بهرهبرداری، نقش مهمی در دستیابی به عملکرد بهینه دارد.
5. نتیجهگیری و پیشنهادها
اصلاح الگوی بافت و استفاده از گرههای مقاوم، توزیع تنش را یکنواختتر و عمر خستگی را بهطور معناداری افزایش میدهد.
استفاده از تحلیل المان محدود پیش از ساخت، میتواند نقاط بحرانی را شناسایی و هزینه آزمونهای فیزیکی را کاهش دهد.
در پروژههای عمرانی با بارگذاری چرخهای بالا (مانند پلها و سکوهای دریایی)، استفاده از مشهای بهینهشده FRP توصیه میشود.
مشاوره و فروش انواع شبکه مش فولادی و کامپوزیتی، افرند، ۰۹۹۰۴۵۰۹۸۲۵ افرند
●طراحی و اجرا و سرمایه گذاری در رستوران هوایی، روف گاردن،باغ ویلا،سازه های خاص.