مدل‌سازي سه‌بعدي ترموديناميكي اثر آتش بر كامپوزيت‌هاي پايه پليمري با در نظر گرفتن تغيير خواص حرارتي

Three-dimensional Thermodynamical Modeling of Fire Effect on Polymer Matrix Composites, Considering Variation of Thermal Properties

در اين مقاله، به استخراج روابط سه بعدي حاكم بر انتقال حرارت در كامپوزيت‌هاي پايه پليمر در معرض آتش پرداخته شده است. پس از مدل‌سازي رياضي، با در نظر گرفتن تغيير خواص فيزيكي كامپوزيت در حين حرارت‌دهي، حل معادلات به روش تفاضل محدود انجام شده است. مدلي نيمه تجربي نيز براي يافتن توزيع دما در نمونه‌هاي كامپوزيتي ارائه شده است. نتايج حاصل حاكي از تغيير شديد دما در راستاي ضخامت است. گسترش دما در راستاي الياف راحت‌تر از گسترش در راستاي عمود بر الياف صورت مي‌گيرد. آزمايش هاي آتش روي نمونه‌هاي شيشه- اپوكسي انجام شده و نتايج آن با مدل مقايسه شده است. نتايج آزمايش ها حاكي از گسترش راحت‌تر حرارت در راستاي الياف براي نمونه‌هاي ساخته شده از الياف تك‌جهته است. گسترش مُد تورق ايجاد شده در نمونه‌هاي ساخته شده از الياف تك‌جهته به‌صورت بيضوي و در نمونه‌هاي ساخته شده از الياف بافته شده به‌صورت دايره‌اي است.

In this article, three-dimensional temperature distribution in polymer matrix composites, exposed to fire is studied. Considering the variation of the thermal properties of composites during the heating process, equations are solved using a finite difference method. Also, strong variation of temperature through the thickness of composites is observed. More heat transfer in the longitudinal direction is observed than that of the transverse direction. A semi-empirical model for simulation of the distribution of temperature in composites is presented. Experiments are performed on glass/epoxy composites and the results are compared with the theoretical results. The morphology of delamination are elliptical and circular for unidirectional and woven laminates, respectively