10692

10692

مدل‌سازي رشد تورق در تير يك‌سر گيردار دولبة كامپوزيتي تحت بارگذاري استاتيكي

دكتري

مكانيك - طراحي كاربردي

شهريورماه 1391

شهريورماه 1391

دكتر محمود مهرداد شكريه

دكتر مجيدرضا آيت‌الهي

اهداف كلي اين تحقيق ارائة يك مُدل تحليلي‌ و يك روش المان محدود جديد براي پيش‌بيني رفتار شروع و رشد مُد I تورق در تير يك‌سر گيردار دو لبة (DCB) كامپوزيتي متقارن است. لذا در بخش تئوري، يك مُدل تئوري جديد بر اساس تير رِدي-بيك‌فورد بر بستر الاستيك وينكلر براي پيش‌بيني مُد I نرخ رهايي انرژي كرنشي در نمونة DCB تك‌جهته متقارن ارائه شده است. مزيت اصلي اين مدل نسبت به مدل‌هاي موجود، در نظر گرفتن اثرات تغيير شكل‌هاي برشي مرتبه بالا با يك تئوري تير نسبتا ساده و دقيق است. دقت مدل ارائه شده در پيش‌بيني چقرمگي شكست بين لايه‌اي (GIc-init) با نتايج تجربي قطعات DCB تك‌جهته با طول ترك كوتاه (a0/2h<7) ارزيابي شده است. همچنين مدل فوق براي نمونه‌هاي DCB با طول ترك‌هاي نسبتا بلند و يا ضخامت كم به صورت تير تيموشنكو بر بستر الاستيك دو پارامتري به صورت يك حل بسته دقيق ساده‌سازي شده است. در نمونه‌هاي DCB چندجهته با تغيير چيدمان لايه‌ها، پيشاني ترك به دليل تغيير نرخ رهايي انرژي كرنشي در امتداد عرض نمونه، از حالت مستقيم به منحني تغيير شكل مي‌دهد. براي تخمين حداكثر نرخ رهايي انرژي كرنشي، كميت جديدي به نام نسبت غيريكنواختي (β) پيشنهاد گرديد و حل تحليلي ارائه شده در بخش تئوري با اين كميت اصلاح شد. به اين ترتيب براي اولين بار اثر انحناي پيشاني ترك در روابط تئوري لحاظ مي‌گردد. نتايج حاصل از روش پيشنهاد شده با نتايج تجربي نمونه‌هاي DCB با چيدمان[(0°/90°)3]2s و [0°/90°/±45°/90°/0°]2s ارزيابي شد. در چندلايه‌هاي كامپوزيتي به دليل پديده پل‌زني الياف در حين رشد ترك، رفتار مقاومت به رشد تورق يا نمودار R (R-curve) از اهميت به سزايي برخوردار است. لذا با شبيه‌سازي نمونة DCB در نرم‌افزار ABAQUS و توسعه يك مدل ناحيه چسبناك (CZM) بر هم نهي شده براي در نظر گرفتن اثرات R-curve، فرايند رشد تورق در نمونه DCB بررسي گرديد. نتايج شبيه‌سازي عددي از هم‌خواني خوبي با نتايج تجربي برخوردار هستند. مزيت CZM توسعه داده شده در اين تحقيق اين است كه از بر هم نهي دو CZM دوخطي به دست مي‌آيد و تمام كميت‌هاي مورد نياز آن از روي R-curve قابل محاسبه است و نيازي به اندازه‌گيري تجربي CZM براي شبيه‌سازي رشد تورق نمي‌باشد. همچنين در بخش تجربي، با بررسي وابستگي R-curve به ابعاد هندسي نمونة DCB تك‌جهته، بازة 8.5