16365

16365

مدلسازي عددي فرآيند خستگي در چند لايه هاي كامپوزيتي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - جامدات

آبان ماه 1394

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مكانيك

چكيده با توجه به كاربرد گستره مواد كامپوزيتي در صنايع حساس از جمله صنايع هوافضايي و هسته‌اي و همچنين نقش عمده آنها در ايمني سازه‌ها، تحليل خستگي مواد كامپوزيتي از اهميت بسزايي برخوردار است. به دليل پيچيده بودن شروع و فرآيند رشد آسيب خستگي در كامپوزيت‌ها پيش بيني عمر قطعات تحت بارگذاري واقعي و هندسه‌هاي پيچيده بسيار مشكل است. به همين دليل عمده تحقيقات انجام شده و مدل‌هاي موجود براي شرايط بارگذاري خاص و هندسه‌هاي ساده ارائه شده‌اند. به منظور به كار بردن اين تئوري‌ها در مسائل كاربردي، مي‌توان از روش‌هاي حل عددي از جمله حل المان محدود استفاده كرد. در اين پايان نامه ابتدا به بررسي مدل‌هاي خستگي ارائه شده براي كامپوزيت‌هاي لايه‌اي پرداخته مي‌شود. در اين بين مدل المان بحراني ريف اشنايدر، مدل آسيب پيشرونده خستگي شكريه و لسارد و مدل طاهري بهروز و شكريه براي لايه چيني متعامد با جزييات بيشتر توضيح داده مي‌شود. بر اساس اين مدل‌ها و با فرض غير خطي بودن رابطه تنش- كرنش برشي معادلات افت استحكام و پيش بيني عمر بازنويسي شده است. سپس به منظور شبيه سازي اجزا محدود يك كد ماده (يومت) در نرم افزار آباكوس نوشته شده است. در آخر جهت بررسي نتايج مدل اجزا محدود، نمونه كامپوزيتي AS4/3501-6 با لايه چيني [04/904]s تحت بار خستگي پين شبيه سازي شده و نتايج افت استحكام، افت سفتي و عمر نهايي نمونه در سطح تنش‌هاي مختلف با نتايج تجربي موجود مقايسه شده است. نتايج بدست آمده از حل اجزا محدود بيانگر پيش بيني قابل قبول نمودار بار-عمر، افت سفتي و استحكام در لايه‌هاي مختلف مي‌باشد. واژه‌هاي كليدي: كامپوزيت، خستگي، آسيب پيشرونده، اجزا محدود، تنش-كرنش غيرخطي

1395/11/03

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Polymeric composite due to their high specific strength an​d stiffness an​d their inherent potential for weight reduction in comparison to traditional metals have got large attention in aerospace structures. However their applications under cyclic loading conditions necessitate to simulate their fatigue behavior under various loading conditions. The main objective of this research is to develop a FE model to predict fatigue life of laminated composites under uniaxial loading. In progressive fatigue damage modeling methods, utilizing FE method is a necessary step to calculate stresses redistribution inside the structures due to the damage propagation an​d subsequently material properties degradation. A 2D finite element modeling was carried out on pin-loaded carbon/epoxy cross-ply laminates using ABAQUS/Standard. A user material subroutine was developed to apply progressive fatigue damage (PFD) model in principal coordinate system of constitutive ply in FE analysis. PFD Model is based on critical element concept, nonlinear shear stress analysis an​d energy based life prediction. In this case on-axis plies are considered as critical elements an​d control the final failure of laminate. Effects of material nonlinearity on final failure an​d damage propagation was thoroughly discussed. Predictions of numerical model showed a good correlation with experimental data. Keywords: Laminated Composites, Fatigue, Progressive Damage, Finite Element, Nonlinear Material