20002

۲۰۰۰۲

تعيين عمر خستگي چندلايه هاي كامپوزيتي شبه ايزوتروپيك با توسعه مدلي چند مقياسه در چارچوب مكانيك خرابي

كارشناسي ‌ارشد

طراحي كاربردي

۹۴-۹۷

۱۳۹۷/۰۹/۲۷

دكتر بيژن محمدي

مكانيك

با توجه به گسترش روز افزون كاربرد مواد كامپوزيت، ارزيابي صحيح رفتار خستگي اين مواد، نقش بسيار مهمي در طراحي سازه‌هاي كامپوزيتي دارد. ناهمسانگرد بودن اين مواد و نيز وجود مودهاي مختلف آسيب و مكانيزم¬هاي تخريب چندگانه، تحليل خستگي اين مواد را نسبت به فلزها دشوارتر كرده است. از سوي ديگر عوامل بسيار متعددي در رفتار خستگي كامپوزيت¬ها نقش دارند كه لحاظ كردن همه¬ي اين عوامل در يك مدل، كار بسيار پيچيده¬اي است. در پژوهش حاضر، مدلي براي ارزيابي عمر خستگي لايه¬چيني¬هاي شبه ايزوتروپيك، توسعه داده شده است. اين مدل چند مقياسه، بر پايه¬ي مفاهيم مكانيك خرابي محيط پيوسته بنا شده است و از روش آسيب پيش-رونده بهره مي¬گيرد. براي ارزيابي رشد آسيب تحت بارگذاري خستگي، خرابي ايجاد شده را با نگاهي مايكروسكوپيك به آسيب در سطح الياف و ماتريس، نسبت مي¬دهد. با توجه به اين كه در عمل، ايجاد و رشد خرابي در ماده، قبل از اعمال سيكل¬هاي خستگي، و در بارگذاري استاتيكي اوليه نيز وجود دارد، بخش ارزيابي خرابي استاتيكي نيز در اين مدل در نظر گرفته شده است. مدل انتخابي براي اين بخش، مدل خرابي-پلاستيستيه¬ي بابرو است كه خرابي در راستاي جهات اصلي تك¬لايه را بر اساس ديدگاهي در مقياس مزو ارزيابي مي¬كند. در نهايت رويه¬اي براي تجميع خرابي¬هاي استاتيكي مزو و خرابي¬هاي خستگي مايكرو، پيشنهاد شده است. هرچند اجراي مدل بدون در نظر گرفتن نقش آسيب¬هاي استاتيكي، مقادير عمر لايه¬چيني شبه¬ايزوتروپيك كامپوزيت كربن/اپوكسي T300/914 را دست¬بالا پيش¬بيني مي¬كند، اما با افزودن مدل باربرو، مقادير واقع¬بينانه¬تري از عمر خستگي ارائه مي¬دهد. در بخش تحليل استاتيكي، بررسي¬هاي جزئي¬تري نيز بر روي مدل باربرو صورت گرفته است و اصلاحيه¬ها و پيشنهاداتي براي بهبود عملكرد مدل ارائه شده است. با اجراي مدل براي لايه¬چيني¬هاي گوناگون، نقاط قوت و ضعف مدل، مورد بحث قرار گرفته است.

1397/11/07

Determination of the Fatigue Life of the Quasi-Isotropic Composite Laminates by Developing a Multi-Scale Model in Continuum Damage Mechanics Framework

12/18/2018 12:00:00 AM

According to increasing industrial applications of the composite materials, it is necessary to develop the proper fatigue models for structural design purposes. Fatigue in composites is more complex than in metals due to anisotropy and various failure mechanisms. Also there is many parameters which should be considered in an ideal fatigue model. In the present research, a new model has been developed for the determination of the fatigue life of the quasi-isotropic composite laminates. This multi-scale model which is defined in the continumm damage mechanics (CDM) framework, uses the progressive algorithm to determine the fatigue life. To evaluate the damage evolution under fatigue loading, it relates the ply damage to the fiber and matrix damage using the micromechanics. In this model, there is a separate part for the evaluation of the static damage occured during initial static loading before starting of the fatigue cycles. The selected model for the static analysis is the Barbero’s damage-plasticity model that defines damage variables along the material axes in the meso-scale point of view. Finally, a method has been proposed to accumulate the static meso-damages and the fatigue micro-damages. Implementation of the model for the carbon/epoxy T300/914 quasi-isotropic laminate, without taking into account the static damage, gives an overestimated values of the fatigue life. However, more exact results could be obtained by adding the Barbero’s static damage model. In the static analysis chapter, the Barbero’s model has been studied in more details and some modifications and suggestions are provided to improve model evaluations. By running the model for the several different laminates, benefits and disadvantages of the Barbero’s model have been discussed.