رفتار حرارتي مكانيكي كامپوزيت هاي پليمري تحت تاثير آتش

Thermo-mechanical behavior of polymer composites exposed to fire

استفاده از كامپوزيت هاي پايه پليمري تا به امروز رشد روز افزوني داشته است. كامپوزيت ها به علت خواص مكانيكي، شيميايي و فيزيكي خاص، كاربرد زيادي دارند؛ اما احتراق ذاتي اين مواد و عدم استحكام آن ها در دماهاي بالا بويژه هنگام مواجهه با آتش يكي از چالش هاي استفاده كامپوزيت در صنايع است. زمانيكه كامپوزيت ها در معرض آتش مي-گيرند، ماتريس كامپوزيت همراه با آزادسازي گرما، دود، ذرات دوده و بخارات سمي تجزيه مي شود. در اثر تاثير آتش بر سازه كامپوزيتي فرآيندهاي حرارتي متعددي از جمله رسانايي حرارتي در سازه، تجزيه شدن رزين و توليد و خروج گازهاي فرار از كامپوزيت رخ مي دهد. هدف از اين تحقيق، بررسي تاثيرات آتش بر سازه هاي كامپوزيتي مي باشد. تحليل مقاومت كامپوزيت در برابر آتش، تعيين ميزان و مدت زمان دوام آوردن كامپوزيت در برابر آتش و همچنين بررسي اثرات تنش حرارتي ايجاد شده در سازه كامپوزيتي نيازمند تحليل تركيبي حرارتي-مكانيكي كامپوزيت مي باشد. جهت تحليل مساله در اين پژوهش از نرم افزار آباكوس استفاده شده است. مدل مناسب جهت تحليل بخش هاي حرارتي و مكانيكي مساله با توجه به معادلات حاكم، توسعه يافته و از طريق زيرروال هاي موجود در نرم افزار آباكوس در اين نرم افزار وارد مي شود. مدل حرارتي-مكانيكي با نتايج موجود در مطالعات معتبر، اعتبار سنجي شده و در نهايت اين مدل، جهت تحليل حرارتي-مكانيكي يك سازه كامپوزيتي استوانه اي تحت تاثير آتش مورد استفاده قرار مي گيرد. نتايج نشان دادند كه با تخمين زمان شكست كامپوزيت، مي توان ميزان نيروي قابل تحمل توسط سازه را در شرايط مختلف تاثير آتش بر سازه، تعيين نمود.

Nowadays, the use of polymer-based composites has been growing. Composites due to mechanical, chemical and physical properties are widely used, but the inherent combustion of these materials and the lack of strength at high temperatures, especially when exposed to fire is one of the challenges of using composites in industries. When composites are exposed to fire, matrix of composite decomposed with heat release, smoke, soot and toxic fumes. Due to the influence of fire on the composite structure, several thermal processes occur such as thermal conductivity in the structure, production and escape of the gases from the composite and resin decomposition. The aim of this study is the investigation of the effects of fire on the composite structures. Analysis of composite resistance to fire, determining the amount and duration of the fire-resistant composite as well as the effects of thermal stress in composite structure requires thermo-mechanical analysis of the composite. ABAQUS software is used for solving the problem in this study. An appropriate model for analyzing the thermal and mechanical parts of the problem according to the governing equations is developed and imported to the Abaqus software through Abaqus subroutines. Thermo-mechanical model is confirmed with the results of valid studies. Finally, this model is used for thermo-mechanical analysis of a composite cylindrical structure exposed to the fire. The results showed that by estimating the failure time of the composite, it is possible to determine the amount of load that can be applied to the structure under different conditions of fire.