23373

تأثير خستگي حرارتي بر چقرمگي شكست كامپوزيت هاي بافته شده كربن اپوكسي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا-سازه هاي هوايي

1400

1399/10/14

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مهندسي مكانيك

سازه‌هاي ساخته‌شده از كامپوزيت‌هاي پليمري در كاربردهاي مختلف مي‌توانند در معرض صدها چرخه گرمايي از دماهاي بسيار پايين تا دماهاي بالا قرار گيرند. در پژوهش حاضر، به بررسي رفتار چقرمگي شكست بين لايه اي كامپوزيت كربن/اپوكسي بافته‌شده در شرايط سيكل حرارتي در مود I و II شكست با استفاده از روش‌هاي تجربي و عددي پرداخته‌شده است. بدين منظور نمونه هاي استاندارد، تحت شرايط ارائه‌شده در استاندارد ASTM براي شرايط بارگذاري مودI و مودII به روش لايه چيني دستي به همراه وكيوم ساخته‌شده‌اند. نمونه‌هاي ساخته‌شده تحت سيكل حرارتي در محدوده 30- تا 65 درجه سانتي‌گراد و به تعداد 175 سيكل قرار گرفتند. با اندازه گيري داده هاي نيرو، جابه‌جايي و ميزان رشد ترك برحسب زمان و مقايسه مقادير آزمايشي در نمونه‌هاي DCB وENF در شرايط محيطي و سيكل حرارتي مشاهده شد كه سيكل حرارتي باعث افت چقرمگي شكست در كامپوزيت هاي كربن/اپوكسي بافته‌شده، شده است. كاهش چقرمگي شكست شروع و رشد در نمونه هاي DCB به ترتيب مقدار 8 و 12 درصد بوده و در نمونه هاي ENF به ترتيب مقدار13.84 و 15.62 درصد بوده است. در ادامه سطوح شكست نمونه ها موردبررسي قرار گرفت و مكانيسم رشد ترك در نمونه هاي دما اتاق و سيكل حرارتي مورد مقايسه و تحليل قرار گرفتند. روش هاي عددي براي رشد ترك در مود I و II موردمطالعه قرارگرفته و روش مدل ناحيه چسبناك به‌عنوان روش انتخابي مورداستفاده قرار گرفت. نمونه هاي DCB و ENF تحت مدل كشش-جدايش دوخطي شبيه‌سازي شدند. شبيه‌سازي نمونه‌ها در شرايط محيطي و سيكل حرارتي نشان مي‌دادند كه مدل ناحيه چسبناك دوخطي تطابق بهتري با شرايط سيكل حرارتي دارد.

1400/01/23

Thermal fatigue effects on the fracture toughness of woven carbon epoxy composites

1/4/2022 12:00:00 AM

Structures made from polymer composites in various applications can be exposed to hundreds of thermal cycles from very low to high temperatures. In present study, to investigate the interlaminar fracture toughness of woven carbon / epoxy composite under thermal cycle conditions in the first and second fracture modes using experimental and numerical methods. For this purpose, standard samples have been made by hand layup with vaccum under the conditions provided in ASTM standard for loading conditions of mode I and mode II, respectively. The samples were subjected to a thermal cycle in the range of -30 to 65 ° C for 175 cycles. measuring the force, displacement and crack growth rate data and comparing the experimental values in DCB and ENF samples in room temperature and thermal cycle conditions, it was observed that the thermal cycle decreases fracture toughness of woven carbon/epoxy composites The reduction in fracture toughness of onset and growth failure in DCB samples was 8% and 12%, respectively, and in ENF samples was 13.84 and 15.62%, respectively. Then, the fracture surface of the samples were examined and the mechanism of crack growth in the room temperature and thermal cycle samples was compared and analyzed. Numerical methods for crack growth in mode I and II were studied and the cohesive zone model method was used for simulation. DCB and ENF specimens were simulated under bilinear traction-separation model. Simulations of the specimens in room temperature and thermal cycle conditions showed that linear cohesive zone model was better adapted to the thermal cycle conditions.

خستگي حرارتي , چقرمگي شكست بين لايه اي , مدل ناحيه چسبناك

thermal fatigue , interlaminar fracture toughness , cohesive zone model