فهرست مطالبفصل 1- مقدمه.. 11-1- کلیات.. 21-2- اجرای پروژه.. 61-3- هدف از انجام تحقیق.. 7فصل 2- مروری بر منابع.. 82-2- تعریف مواد کامپوزیتی.. 102-3- سيستمهاي کامپوزيتي تقويتشده با الياف (FRC).. 122-4- کامپوزیتهای زمینه پلیمری (PMC).. 122-4-1- رزینهای مورد استفاده در کامپوزیت زمینه پلیمری.. 122-4-2- الیاف (تقویتکننده).. 152-5- ساخت کامپوزیتها.. 172-5-1- لایهگذاری دستی.. 172-5-2- فرایند قالبگیری کیسهای.. 182-5-3- رشته پیچی.. 182-5-4- برونکشی.. 182-6- کاربردهای کامپوزیتهای زمینه پلیمری.. 202-6-1- کاربرد در صنعت اتومبیلسازی.. 202-6-2- کاربردهای دریایی.. 212-6-3- کاربردهای هوا-فضا.. 222-6-4- مواد کامپوزیتی در تکنولوژی انرژی بادی.. 232-7- خستگی.. 252-8- خستگی در مواد کامپوزیتی زمینه پلیمری.. 272-8-1- آسیب خستگی.. 282-8-2- مدهای مختلف واماندگی خستگی در مواد کامپوزیتی.. 312-8-3- مقایسهای بین شکست خستگی و استاتیکی.. 322-8-3-1- واماندگیهای بین لایهای.. 332-8-3-1-1- مورفولوژیهای شکست در مد I بارگذاری سیکلی.. 332-8-3-1-2- مورفولوژیهای شکست در مد II بارگذاری سیکلی.. 342-8-3-1-3- مورفولوژیهای شکست در مد ترکیبی I/II بارگذاری سیکلی 352-8-3-2- واماندگی داخل لایهای.. 372-9- فاکتورهای تأثیرگذار بر روی رفتار خستگی کامپوزیتهای زمینه پلیمری 382-9-1- نوع الیاف.. 382-9-2- زمینه و محیط.. 402-9-3- شرایط بارگذاری.. 412-10- آزمون‌های مکانیکی متداول بر روی کامپوزیتهای زمینه پلیمری 432-10-1- آزمون کشش.. 432-10-2- آزمون فشار.. 442-10-3- آزمون خستگی.. 452-11- آنالیز حرارتی کامپوزیتهای زمینه پلیمری.. 462-12- مروری بر تحقیقات انجام شده.. 482-12-1- تحقیقات انجام شده در رابطه با روشهای مختلف ساخت کامپوزیتهای زمینه پلیمری.. 482-12-2- تحقیقات انجام شده در رابطه با آزمون کشش کامپوزیتهای زمینه پلیمری.. 492-12-3- تحقیقات انجام شده در رابطه با خواص خستگی کامپوزیتهای زمینه پلیمری.. 502-12-4- تحقیقات انجام شده در رابطه با مکانیزم واماندگی خستگی 512-12-5- تحقیقات انجام شده در رابطه با آنالیز حرارتی کامپوزیتهای زمینه پلیمری.. 56فصل 3- مواد آزمایش و روش تحقیق.. 583-1- مشخصات رزین.. 593-2- روشهای ساخت نمونه.. 603-2-1- روش لایهگذاری دستی.. 603-2-2- روش تزریق رزین به کمک خلأ (VIP).. 613-3- آماده‌سازی نمونه.. 633-4- انجام آزمون کشش بر روی نمونههای آماده شده.. 643-5- انجام آزمون خستگی.. 653-5-1- مشخصات نمونههاي تست خستگي.. 663-5-2- آزمون خستگی کشش–کشش.. 673-6- آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA).. 693-7- تصویربرداری SEM... 70فصل 4- نتایج و بحث.. 714-1- نتایج آنالیز وزنسنجی حرارتی (TGA).. 724-2- نتایج تست کشش.. 764-3- نتایج آزمون خستگی.. 784-3-1- ترسیم منحنی S-N با استفاده از روابط مختلف خستگی.. 844-3-2- مقایسه منحنیهای S-N کامپوزیتهای تولید شده به وسیله فرایندهای دستی و VIP.. 904-3-3- مقایسه منحنیهای S-N به دست آمده در فرایندهای ساخت VIP و دستی با استاندارد GL.. 924-4- نتایج تصویربرداری SEM... 974-4-1- نتایج تصویربرداری SEM از سطوح شکست خستگی نمونههای دستی 974-4-2- نتایج تصویربرداری SEM از سطوح شکست خستگی نمونههای VIP.. 1024-4-3- مقایسه مکانیزمهای واماندگی خستگی برای نمونههای دستی و VIP 107فصل 5- نتیجه‌گیری و پیشنهادات.. 1105-1- نتیجه‌گیری.. 1115-2- پیشنهادات.. 1136- مراجع.. 114 فهرست جدولهاعنوان صفحهجدول1-1- ظرفيت نيروگاه‌های بادی نصب شده در کشورهای پيشرو.. 3جدول 2-1- مقايسه خواص مختلف براي پلیمرهای گرماسخت و گرمانرم.. 14جدول 2-2- برخي از خواص تعدادي از زمينههاي پلیمری گرمانرم و گرماسخت 15جدول 2-3- قسمتهای مختلف توربین بادی و وظایف آنها در حفظ شکل پره 25جدول 4-1- خصوصیات حرارتی کامپوزیتهای اپوکسی تولید شده به دو روش VIP و لایهگذاری دستی.. 74جدول 4-2- نتایج آزمون کشش برای نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی و VIP. 77جدول 4-3- استحکام کششی نمونههای ساخته شده به دو روش لایهگذاری دستی و VIP 78جدول 4-4- نتایج آزمون خستگی کشش-کشش نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی.. 78جدول 4-5- نتایج آزمون خستگی کشش-کشش نمونههای ساخته شده به روش VIP 80جدول 4-6- نتایج آماری آزمون خستگی کشش-کشش انجام شده بر روی نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی.. 81جدول 4-7- نتایج آماری آزمون خستگی کشش-کشش انجام شده بر روی نمونههای ساخته شده به روش VIP. 82جدول 4-8- ضرایب کاهشی برای حالت بررسی کوتاه مدت.. 93جدول 4-9- ضرایب کاهشی برای حالت بررسی خستگی.. 93جدول 4-10-مقادیر پارامتر m بر اساس نوع رزین و الیاف، پیشنهاد شده توسط GL 95 فهرست شکلهاعنوان صفحهشکل 1-1- ظرفيت کلی انرژی بادی توليدی در جهان تا سال 2011.. 3شکل 2-1- مقایسهای بین مواد رايج و مواد کامپوزیتی.. 11شکل 2-2- ترتيب زنجيره هاي پليمري (الف) اتصال عرضي (ب) شاخه‌اي.. 14شکل 2-3- فرمهای مختلف الیاف شیشه: (الف) پارچه سوزنی (CSM)، (ب) الیاف پیوسته، (ج) رشته، (د) پارچه حصیری.. 17شکل 2-4- روشهاي ساخت كامپوزيت.. 19شکل 2-5- شماتیکی از مقطع پره توربین بادی.. 24شکل 2-6- (الف) بار نوسانی یکنواخت، (ب) بار نوسانی غیریکنواخت.. 25شکل 2-7- مفاهیم اولیه در یک آنالیز خستگی.. 26شکل 2-8- شماتیکی از منحنی S-N.. 27شکل 2-9- تخریب استحکام و سفتی کامپوزیت در حین بارگذاری خستگی با دامنه ثابت.. 29شکل 2-10- مدهای واماندگی خستگی برای مواد کامپوزیتی.. 32شکل 2-11- نمایشی از مدهای شکست در عرض لایهای، داخل لایهای و بین لایهای 33شکل 2-12- سطوح شکست کامپوزیت اپوکسی تحت مد I بارگذاری (الف) استاتیک و (ب) خستگی.. 34شکل 2-13- سطوح شکست کامپوزیت اپوکسی تحت مد II بارگذاری (الف) استاتیک و (ب) خستگی.. 35شکل 2-14- سطوح شکست کامپوزیت اپوکسی تحت مد ترکیبی I/II (50% مد I) بارگذاری (الف) استاتیک و (ب) خستگی.. 35شکل 2-15- سطوح شکست الیاف غالب کامپوزیت اپوکسی.. 36شکل 2-16- سطح شکست خستگی کامپوزیت اپوکسی در (الف) 25% مد II، (ب) 50% مد II و (ج) 75% مد II. 37شکل 2-17- (الف) رولرهای مشاهده شده در سطح شکست داخل لایهای ناشی از خستگی برشی. (ب) رولرهای زمینه که نشان دهنده بقایای به جا مانده از الیاف است 38شکل 2-18- نتایج اولیه بامونت، هَریس،اووِن و موریس برای کامپوزیتهای کربن/اپوکسی و کربن/پلیاستر که در شرایط کشش تحت آزمایش خستگی قرار گرفتهاند... 39شکل 2-19- منحنیهای تنش/عمر برای کامپوزیتهای GRP که نشان دهنده تأثیر رزینهای متفاوت به عنوان زمینه و تأثیر لایهگذاری متفاوت لمینت است. 41شکل 2-20- شماتیکی از آماده‌سازی نمونههای دارای وصله صفحات لمینتی و FRP تک جهته... 44شکل 2-21- حالات مختلف بارگذاری در آزمون خستگی و مقادیر R.. 46شکل 2-22- نمایش شماتیکی از ارتباط میکرو-ماکرو.. 52شکل 2-23- تصاویر SEM از سطح شکست الیاف شیشه/PP و الیاف شیشه/MA-PP. (الف) واماندگی چسبنده، (ب) واماندگی همبسته.. 53شکل 2-24- تصاویر SEM از مد II سطوح خستگی بین لایهای به دست آمده برای کامپوزیت PP/GF در شرایط معمولی.. 53شکل 2-25- تصاویر SEM از مد II سطوح خستگی بین لایهای به دست آمده برای کامپوزیت PP/GF در شرایط دما پایین.. 54شکل 2-26- تصویر SEM از جدایش لایهها برای سطوح نمونههای وامانده شده در آزمون سیکلی، (الف) هوا، (ب) خستگی محیطی.. 55شکل 2-27- سطح شکست نمونه خشک (σmax=140 MPa، f=1 Hz)، (الف) شکل موجی با پالس منفی، (ب) شکل موجی با پالس مثبت.. 55شکل 2-28- تصاویر SEM از سطوح شکست دو نمونه خستگی برای 20%هِمپ-پلیاتیلن با دانسیته بالا.. 56شکل 3-1- شماتیکی از فرایند لایهگذاری دستی.. 60شکل 3-2- (الف) آماده‌سازی سطح شیشهای زیرین جهت ساخت صفحه کامپوزیتی بر روی آن، (ب) نحوه اعمال رزین بر روی الیاف، (ج) صفحه کامپوزیتی ساخته شده 61شکل 3-3- شماتیکی از فرایند تزریق رزین به کمک خلأ (VIP).. 62شکل 3-4- (الف) قرار دادن لایه‌های الیاف روی هم، (ب) قراردادن پارچه داکرون و پارچه 3 بعدی، (ج) گازردایی رزین، (د) تزریق رزین به کمک خلأ.. 62شکل 3-5- مراحل آماده سازي نمونهها جهت آزمونهاي مکانيکي.. 63شکل 3-6- (الف) ماشینکاری نمونههای برش داده شده، (ب) نمونه نهایی 63شکل 3-7- (الف) نمونههای تست کشش ساخته شده به روش لایهگذاری دستی، (ب) نمونههای تست کشش ساخته شده به روش VIP. 65شکل 3-8- (الف) نحوه قرارگیری نمونه در فک دستگاه جهت انجام آزمون کشش، (ب) نمونهها بعد از انجام آزمون کشش.. 65شکل 3-9- هندسه نمونه تست خستگي کشش-کشش.. 66شکل 3-10- (الف) دستگاه تست خستگی مورد استفاده در پژوهشکده هوا-خورشید، (ب) نحوه قرارگیری نمونه در دستگاه.. 67شکل 3-11- (الف) نمونهها بعد از انجام آزمون خستگی ، (ب) نحوه قرارگیری نمونه در دستگاه جهت انجام آزمون خستگی.. 69شکل 3-12- (الف) دستگاه مورد استفاده برای آنالیز وزن سنجی حرارتی، (ب) ترازوی دیجیتال جهت وزن کردن نمونهها.. 70شکل 4-1- منحنیهای ترموگرم TGA رزین اپوکسی خالص، الیاف شیشه و کامپوزیتهای تولید شده به روشهای VIP و لایهگذاری دستی.. 73شکل 4-2- منحنیهای مشتق رزین اپوکسی خالص و کامپوزیتهای تولید شده به روشهای VIP و لایهگذاری دستی.. 73شکل 4-3- نتایج آزمون کشش استاتیکی انجام شده بر روی 5 نمونه ساخته شده به روش لایهگذاری دستی.. 76شکل 4-4- نتایج آزمون کشش استاتیکی انجام شده بر روی 5 نمونه ساخته شده به روش VIP. 77شکل 4-5- سطوح شکست نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی و VIP بعد از آزمون خستگی کشش-کشش.. 78شکل 4-6- نمودار S-N حاصل از نتایج آزمون خستگی (دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل).. 82شکل 4-7- نمودار S-N حاصل از نتایج آزمون خستگی (حداکثر تنش بر حسب تعداد سیکل).. 83شکل 4-8- نمودار S-N حاصل از نتایج آزمون خستگی (تنش خستگی بر حسب تعداد سیکل).. 84شکل 4-9- منحنی S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش VIP بر اساس رابطه گودمن... 86شکل 4-10- منحنی S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش VIP بر اساس رابطه گِربر... 86شکل 4-11- منحنی S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش VIP بر اساس رابطه ASME... 87شکل 4-12- منحنی S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش VIP بر اساس روابط گودمن، گِربر و ASME... 87شکل 4-13- منحنی S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی بر اساس رابطه گودمن... 88شکل 4-14- منحنی S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی بر اساس رابطه گِربر... 88شکل 4-15- منحنی S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی بر اساس رابطه ASME... 89شکل 4-16- منحنیهای S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش لایهگذاری دستی بر اساس روابط گودمن، گِربر و ASME... 89شکل 4-17- منحنیهای S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش VIP و لایهگذاری دستی بر اساس رابطه گودمن... 90شکل 4-18- منحنیهای S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش VIP و لایهگذاری دستی بر اساس رابطه گِربر... 91شکل 4-19- منحنیهای S-N به دست آمده برای نمونههای ساخته شده به روش VIP و لایهگذاری دستی بر اساس رابطه ASME... 91شکل 4-20- مقایسه منحنی S-N به دست آمده با استفاده از روابط گودمن، گِربر و ASME با منحنی پیشنهادی بر اساس استاندارد GL برای نمونههای ساخته شده به روش VIP... 96شکل 4-21- مقایسه منحنی S-N به دست آمده با استفاده از روابط گودمن، گِربر و ASME با منحنی پیشنهادی بر اساس استاندارد GL برای نمونههای ساخته شده به روش دستی... 96شکل 4-22- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش لایهگذاری دستی تحت بار خستگی در بزرگنمایی (الف) x50 و (ب) x100 که نشان دهنده جدایش لایهها است... 97شکل 4-23- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش لایهگذاری دستی تحت بار خستگی (الف) و (ب) بزرگنمایی x5000، (ج) بزرگنمایی x500، (د) بزرگنمایی x1000 که نشان دهنده عدم نفوذ رزین در بین الیاف و سیلان آن در بین لایههاست... 98شکل 4-24- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش لایهگذاری دستی تحت بار خستگی. (الف) وجود حباب هوا که در حین ساخت نمونههای دستی ایجاد شده (بزرگنمایی x200)، (ب) وجود حفرات گازی در فصل مشترک الیاف/زمینه که باعث کاهش چسبندگی میشود... 99شکل 4-25- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش لایهگذاری دستی تحت بار خستگی. (الف)، (ب) و (ج) بیرون آمدن الیاف از زمینه در بزرگنمایی x2000،(د) وجود بقایایی از زمینه بر روی الیاف بیرون آمده در بزرگنمایی x5000 که نشان دهنده جدایش چسبنده و کمتر بودن استحکام سطح مشترک الیاف و زمینه است... 100شکل 4-26- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش لایهگذاری دستی تحت بار خستگی. (الف) مکانیزم واماندگی خستگی جدایش الیاف از زمینه در بزرگنمایی x500، (ب) بزرگنمایی x1000... 101شکل 4-27- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش لایهگذاری دستی تحت بار خستگی. (الف) تغییرفرم زمینه و وجود استریشنهای خستگی در فصل مشترک الیاف جدا شده از آن در بزرگنمایی x5000، (ب) خارج شدن الیاف از راستای خود ناشی از حرکت برس در حین ساخت نمونههای دستی در بزرگنمایی x2000... 102شکل 4-28- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش VIP تحت بار خستگی در بزرگنمایی (الف) x50 و (ب) x100 که نشان دهنده کمتر بودن میزان جدایش لایهها برای این نمونهها در مقایسه با نمونههای دستی است... 103شکل 4-29- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش VIP تحت بار خستگی. (الف) و (ب) جدایش الیاف از زمینه در بزرگنمایی x2000، (ج) همین پدیده در بزرگنماییx5000 و (د) وجود بقایای بیشتری از زمینه بر روی الیاف جدا شده در بزرگنمایی x5000... 104شکل 4-30- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش VIP تحت بار خستگی. (الف) پدیده بیرون آمدن الیاف در بزرگنمایی x2000 و (ب) همین پدیده در بزرگنمایی x5000... 105شکل 4-31- تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ساخته شده به روش VIP تحت بار خستگی. (الف) عدم جدایش الیاف از زمینه و پوشانده شدن آن توسط رزین، نفوذ رزین در بین الیاف کاملاً مشهود است (بزرگنمایی x5000)، (ب) وجود سطحی نسبتاً صاف و عدم مشاهده حفرات گازی و استریشنهای خستگی در فصل مشترک الیاف جدا شده از زمینه (بزرگنمایی x10000) و (ج) ضخامت واقعی الیاف جدا شده از زمینه (بزرگنمایی x1000)... 1061- مقدمه1-1- کلیاتافزایش تأثیرات منفی انرژی فسیلی بر روی محیط زیست، مانند گرم شدن جهانی و بحران در دسترس بودن انرژی، بسیاری از کشورها را بر آن داشته است که از انرژیهای جایگزین دیگری مانند انرژی خورشید، باد و خورشید-هیدروژن استفاده کنند. این انرژیها تجدیدپذیر و دوستدار محیط زیست هستند، به گونهای که پاسخگوی تقاضای روزافزون بشر برای انرژی میباشند. انرژی باد، سریعترین منبع انرژی رو به رشد در جهان، یک منبع انرژی تجدیدپذیر و تمیز است. اکنون کشورهای بسیاری، به خصوص در اروپا، ایالات متحده آمریکا، چین و ملل دیگر، توجه خاصی به این منبع انرژی دارند ]1[.بر اساس اطلاعات سازمان انرژیهای نو ایران (سانا)،استفادهاز انرژی باد در طول سالیان اخیر بیشترین رشد را در مقایسه با سایر انرژیهای نو تجربه کرده است و توربینهای بادی هر روز بهینهتر و با ظرفیت توان بیشتر به بازار عرضه میشوند.تاریخچه انرژی بادی یک سیر تکاملی را به استفاده از قطعات سبک و ساده برای به حرکت درآوردن پرهها بوسیله نیروی بازدارنده[1] طی کرده است. آسیابهای بادی که در قدیم مورد استفاده قرار میگرفتند نخستین نوع توربینهای بادی بودند که به عقیده تمامی کارشناسان نخستین بار توسط ایرانیان به کار گرفته شد ]2[.با وجود این پیشینه ارزشمند تاریخی و علی‌رغم پتانسیلهای موجود و مناطق مستعد بادخیز کشور، توسعه صنعت باد در ایران با پیشرفت مناسبی روبرو نشده است. در حال حاضر در وزارت نیرو، نصب MW5000 نیروگاه تجدیدپذیر در قانون برنامه پنجم توسعه هدفگذاری شده است که از این میزان MW4500 آن برای توسعه باد در نظر گرفته شده است و میتوان گفت در پنج سال آینده قریب به MW4000 بازار برای توسعه بخش خصوصی وجود خواهد داشت. هم اکنون سایتهای بادی بینالود و منجیل، بزرگترین سایتهای بادی کشور محسوب شده که تقریبا MW100 از برق مورد نیاز کشور را تامین میکنند، این مقدار سهم ناچیزی از مقدار کل انرژی برق تولید شده در کشور را تشکیل میدهد ]2[.اما بر خلاف رویه موجود در داخل کشور، سایر کشورهای جهان به طور گسترده در راستای توسعه صنعت بادی خود گام برداشتهاند و میزان انرژی الکتریکی تولید شده بوسیله باد روز به روز سهم بیشتری از کل انرژی تولیدی جهان را تشکیل میدهد. به عنوان نمونهای از سیاستگذاریهای کلان در این زمینه میتوان به تصمیم اتحادیه اروپا برای تولید 20% از انرژی خود از منابع پاک تا سال 2020 اشاره کرد. شکل 1-1 ظرفیت کلی انرژی بادی تولیدی در جهان را تا سال 2011 را نشان میدهد ]2[. شکل 1-1- ظرفيت کلی انرژی بادی توليدی در جهان تا سال 2011 ]2[. جدول1-1 نیز میزان ظرفیت نیروگاههای بادی نصب شده در کشورهای شاخص استفاده کننده از انرژی باد را نشان میدهد ]2[.جدول1-1- ظرفيت نيروگاه‌های بادی نصب شده در کشورهای پيشرو ]2[.نام کشورمجموع ظرفیت نیروگاههای بادی (گیگاوات)چین65ایالات متحده48آلمان30اسپانیا23هند16فرانسه8اغلب پرههای توربین، چه کوچک و چه بزرگ، قسمتهای اصلی مشابهی دارند: پرهها، شفتها، چرخدندهها، ژنراتور، و یک کابل (برخی از توربینها ممکن است دارای جعبه دنده نباشند). کلیه این قسمتها با هم کار میکنند تا انرژی باد را به الکتریسیته تبدیل نمایند. در این بین، پره یکی از مهمترین اجزای توربینهای بادی است که وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن محور اصلی توربین است. طراحی پره توربینهای بادی یکی از مهمترین و اصلیترین بخشهای طراحی توربین به شمار میشود که با توجه به شرایط بسیار متغیر بهرهبرداری و اعمال بارهای شدید بر آن، انتخاب جنس و طراحی سازهای آن از اهمیت زیادی برخوردار است. مواد مورد استفاده در ساخت پرهها به طور قابل ملاحظهای بر روی کارایی و خواص آنها، مانند وزن پره، مکانیزم آسیب، و عمر خستگی اثرگذار است. پرههای توربینهای بادی از مواد ناهمسانگرد ساخته میشوند که معمولاً از کامپوزیتهای زمینه پلیمری، در ترکیبی از یک تک پوسته و کامپوزیت ساندویچی تهیه شدهاند. طراحیهای امروزی عمدتاً بر اساس کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف شیشه[2] (GFRP) صورت میگیرد. به طور کلی مواد مورد استفاده در ساخت پرههای توربین بادی بایستی تحمل بارگذاریهای خستگی شدید را در شرایط کاری داشته باشند ]1[.ساختار کامپوزیتی به عنوان یک نوع خاص از کامپوزیتهای لایهای تلقی میشود و مقبولیت گستردهای به عنوان یک ساختار عالی برای دستیابی به اجزایی با وزن کم و ساختارهایی با سفتی خمشی[3] بسیار بالا، استحکام زیاد، و مقاومت کمانشی بسیار زیاد به دست آورده است. این مواد توسط روش قالبگیری انتقال رزین[4] (RTM)، RTM به کمک خلاء[5]، لایهگذاری دستی و تزریق رزین به کمک خلاء[6] (VIP) ساخته میشوند. تفاوت روش VIP با روش RTM در آن است که در این روش تنها یک سمت از قالب جامد است در صورتی که در روش RTM هر دو سمت جامد هستند. علاوه بر آن، از یک خلأ اعمالی به منظور نیرو محرکه برای انتقال رزین به تقویتکننده استفاده میشود ]3[.در تولید پرههای توربین بادی کوچک و متوسط معمولاً از روش لایهگذاری دستی و در پره بزرگ و حتی متوسط با توجه به اهمیت وزن و استحکام سازه از روش تزریق رزین به کمک خلأ (VIP) استفاده میشود. يکي از موضوعاتي که بايد در طراحي محصولات مهندسي مورد استفاده قرار گيرد آن است که عمر محصول تولیدی چقدر خواهد بود. عمر در اين محصولات به صورت مدت زماني تعريف ميشود که محصول قادر است تحت بارهاي سرويس عملکرد مورد انتظار را داشته باشد. عمر يک قطعه ميتواند به کوتاهي يک بار استفاده تعيين شود، از سوي ديگر در برخي محصولات بايد قابليت تحمل ميليونها سيکل در نظر گرفته شود که توربينهاي بادي نيز از اين دستهاند. محصولاتي با چنين عمرهاي بالايي مستعد براي شکست خستگي هستند.گسترش ابزارهاي مورد نياز جهت تعيين عمر خستگي مواد ساخته شده از کامپوزيت با کندي روبروست، دليل اين امر را بايد در ماهيت لايهاي و غيريکنواخت اين مواد جست و جو کرد، به طور مثال اگر در فلزات تنها عامل خرابي را طول ترک تشکيل ميدهد، مواد کامپوزيتي حالت‌هاي مختلف شکست را از خود بروز ميدهند که از آن جمله ميتوان به ترک خوردن زمینه[7]، جدايش الياف از زمینه[8]، کمانش الياف، جدايش لايهها[9]، شکست تکلايه و شکست الياف اشاره کرد. معمولاً در يک شکست ناشي از خستگي در مواد کامپوزيتي ترکيبي از مکانيزمهاي فوق فعال است و اين مسأله به خودي خود تحليلهاي خستگي را با چالشهاي فراواني روبرو ميکند. حال اولين قدم در تحليلهاي خستگي تعيين منحنی S-N به صورت آزمايشگاهي و در قدم بعد شناسایی مکانیزمهای مختلف واماندگی خستگی ميباشد. با مشخص شدن این داده‌ها، مهندسين می‌توانند به تخمينهاي اوليه خستگي جهت ساخت محصول براي صنعت و خريداران کمک نمایند. 1-2- اجرای پروژهدر گام اول نیاز صنعت در ساخت پرههای توربین بادی مورد بررسی قرار گرفت، از آنجا که آزمون‌های دینامیک با توجه به نوع سازه حائز اهمیت هستند طی جلسات برگزار شده در پژوهشکده هوا خورشید دانشگاه فردوسی مشهد موضوع بررسی رفتار خستگی کامپوزیتهای زمینه پلیمری (اپوکسی) تقویت شده با پارچه بافته شده با الیاف شیشهای E-glass، که در ساخت پرههای توربین بادی به کار میروند، مطرح شد. در ادامه با مطالعه استانداردها و کارهای صورت گرفته بر روی خستگی کامپوزیتهای زمینه پلیمری امکان‌پذیر بودن و قابلیت اجرای پروژه در دستور کار قرار گرفت. برای این کار لايهگذاري نمونهها را به صورت ترکيبي از الياف با جهات گوناگون در نظر گرفته شد که به نوعي شرايط به شرايط عملکرد واقعي پرههای توربین نزديکتر شده باشد. در اين مرحله نمونه سازی با استفاده از روش دستی و نیز تزریق به کمک خلأ در کارگاه کامپوزیت پژوهشکده هوا خورشید دانشگاه فردوسی مشهد، انجام گرفت. بعد از برش دادن ورقهای کامپوزیتی، به منظور ساخت نمونه، مقاطع برش خورده ماشینکاری شده و در نهایت نمونه نهایی به دست آمد. پیش از شروع آزمون خستگی با تعریف آزمون‌های مورد نیاز و انجام آنها از کالیبره بودن دستگاه مورد استفاده اطمینان حاصل شد. در مرحله بعد با انجام تست کشش و شروع تست خستگی مشکلات اولیه انجام تست از جمله شکستن نمونه در فک‌های دستگاه و مشکلات ساخت نمونه مورد بازبینی قرار گرفت و طی جلساتی راهکارهای حل مشکلات مطرح شد.در گام بعدی با توجه به تعداد نمونههای لازم جهت آزمون خستگی و کشش ابعاد صفحه اصلی مشخص و نمونه نهایی تولید شد. با انجام آزمون کشش بارهای اعمالی برای انجام آزمون خستگی تعیین و تست بر روی نمونهها آغاز شد. بر روی نمونههای آماده شد به هر دو روش دستی و VIP،رزین و الیاف آنالیز حرارتی TGA صورت گرفت تا بتوان با نتایج به دست آمده از تصویر برداری SEM از سطوح شکست خستگی مکانیزمهای غالب خستگی شناسایی شود. 1-3- هدف از انجام تحقیقبا توجه به اهمیت موضوع خستگیدر پرههای کامپوزیتی توربینهای بادی، در این پژوهش، اثر بارگذاری خستگی در دو روش VIP و لایهگذاری دستی مورد بررسی قرار گرفت. لازم به ذکر است که در هر کدام از روشهای مذکور جهتگیریهای معینی از الیاف و پارچه شیشهای به کار گرفته شد تا بتوان تأثیر این پارامتر بر روی خواص خستگی و طول عمر پیشبینی شده برای پرهها را مورد تحقیق و بررسی قرار داد.در فصل 2 به بررسي مواد مورد استفاده برای ساخت؛ شامل رزین اپوکسی، الیاف و پارچههای E-glass و روشهای مختلف تولید و آزمون‌های صورت گرفته بر روی آنها پرداخته میشود. در فصل 3 روش انجام آزمایش و نحوه آماده‌سازی نمونهها برای آزمون کشش، آزمون خستگی تحت بارگذاری کشش-کشش، تصویربرداری SEM و آنالیز حرارتی TGA با دو روش ساخت، یعنی لایهگذاری دستی و تزریق رزین به کمک خلأ (VIP) آورده شده است. درفصل 4 با استفاده از نتایج آزمون کشش و خستگی، منحنی S-N برای نمونههای ساخته شده به دو روش VIP و لایهگذاری دستی رسم شد و تحلیل‌های لازم بر روی داده‌ها صورت گرفت. به کمک نتایج حاصل از تصویربرداری SEM و آنالیز حرارتی TGA، به ترتیب مکانیزمهای واماندگی نمونههای دستی و VIP تحت بارگذاری خستگی و درصد الیاف در نمونههای ساخته شده به روشهای مذکور علاوه بر نوع اتصال بین الیاف تقویت کننده و زمینه تعیین شد. در انتها در فصل 5 نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی به منظور ادامه پروژه ارائه شده است.