18553

۱۸۵۵۳

مدلسازي رشد تورق در مود I چندلايه‌هاي كامپوزيتي پليمري تقويت شده با الياف بافته شده

كارشناسي ارشد

جامدات

بهمن ماه ۱۳۹۶

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

در اين تحقيق اثر زاويه الياف فصل مشترك بر روي نرخ رهايي انرژي كرنشي شروع و پايا در كامپوزيت‌‌هاي تقويت شده با الياف بافته شده‌‌ي ساده با لايه چيني‌هاي [012//012]، [011/0//30/011]، [011/0//45/011] و [011/30-//30/011] تحت مود I تورق مورد بررسي قرار مي¬گيرد. اين نوع لايه‌‌چيني به منظور حذف اثرات لايه‌‌هاي دور دست فصل مشترك تورق، بر روي نرخ رهايي انرژي كرنشي نمونه‌‌ تير دولبه يكسر گيردار انتخاب گرديده است. نمونه‌‌ها با استفاده از روش لايه¬چيني دستي ساخته شده‌‌اند و آزمايش شكست نمونه‌‌هاي ساخته شده با استفاده از دستگاه SANTAM STM-150 انجام گرفته است. نتايج آزمايش نشان مي¬دهد كه تغيير در زاويه‌‌ي بين وجهي صفحه‌‌ي ترك، تاثير ناچيزي بر روي نرخ رهايي انرژي كرنشي شروع و پاياي كامپوزيت‌‌هاي بافته شده با بافت ساده دارد. بررسي¬هاي آزمايشگاهي از سطوح شكست، نشان از تأثير ساز و كار¬هاي مختلف بر روند رشد تورق در اين نمونه¬ها داشته است كه در اين بين رشد ترك در صفحه‌‌ي بين رزين و الياف يكي از ساز و كار¬هاي اصلي افزايش نرخ رهايي انرژي كرنشي در اين نمونه¬ها است. همچنين مشاهده‌‌هاي آزمايشگاهي نشان داد كه در نمونه¬هاي DCB بافته شده، برخلاف كامپوزيت¬هاي تك¬جهته كه پل¬زني الياف ساز و كار غالب در افزايش نرخ رهايي انرژي كرنشي است، رشد ترك در صفحه بين الياف و رزين ساز و كار غالب است. به منظور اندازه گيري مقدار نرخ رهايي انرژي كرنشي شروع تورق با استفاده از مدل¬سازي عددي، از روش VCCT استفاده شده است. منحني كشش-جدايش با استفاده از روش انتگرال J و داده‌‌هاي آزمايش به منظور پيش¬بيني رشد تورق و نمودار بار-جابجايي حاصل از آزمايش استخراج مي‌‌گردد. در ادامه با استفاده از منحني استخراج شده رشد ترك در نمونه‌‌هاي DCB با استفاده از نرم افزار ABAQUS شبيه‌‌سازي مي‌‌گردد. نتايج آزمايشگاهي نشان دادند كه تغيير زواياي فصل مشترك تورق بر مقادير نرخ رهايي انرژي كرنشي شروع، پايا و همين¬طور طول ناحيه فرآيند شكست تأثير بسيار انداكي داشته است. از اين¬رو براي بدست آوردن منحني مقاومت نمونه با زاويه¬ي فصل مشترك متفاوت، فقط كافي است نمونه با زاويه¬ي فصل مشترك 0//0 تست گردد و از منحني مقاومت بدست آمده از آن براي ساير فصول مشترك نيز استفاده نمود.

1396/12/12

3/3/2018 12:00:00 AM

In this study, the effect of fiber angle orientation, in delamination interface, on the initiation and propagation fracture toughness of plain woven composites with stacking sequences of [012//012], [011/30//0/011], [011/45//0/011] and [011/30//-30/011] under mode I loading was investigated. These stacking sequences were chosen to eliminate the effects of the remote ply orientation on the delamination behavior of double cantilever beam (DCB) specimens. The samples were manufactured using the wet hand lay-up method and the fracture tests were conducted on specimens using the universal testing machine, SANTAM STM-150. The experimental results show that the interface ply orientation has a negligible effect on the magnitude of initiation and propagation fracture toughness of plain woven composites due to the delamination propagation in the resin-fiber interface of delamination. Experimental investigations of fracture surface demonstrate the existance of different mechanisms on the delamination propagation, where the crack propagation in the resin-fiber interface proves to be one of the primary mechanisms for increasing the fracture toughness of such specimens. In addition, the experimental observations reveal that the fiber bridging is not an influential mechanism for increasing the fracture toughness during delamination propagation unlike unidirectional DCB specimens. The VCCT method was used to predict the amount of initiation fracture toughness using the numerical simulation. In order to predict the experimental load-displacement curve, the traction-separation curve was obtained using the J-integral approach and experimental data. Then, using the resulting curve, the crack propagation in DCB specimens was simulated in Abaqus finite element package. The experimental results show that the change in the delamination interface angle has an insignificant effect on the initiation and propagation fracture toughness as well as the length of the fracture process zone. Therefore, in order to obtain the R-curve of a certain specimen with different interface angles, only a single test on the specimen with the 0//0 interface angle is sufficient, followed by the use the resulting R-curve for other interfaces