16480

16480

مدل سازي رشد تورق در مود II چندلايه هاي كامپوزيتي پليمري تك جهته و چندجهته

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

شهريور 1395

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

در اين پژوهش، شروع و رشد تورق در نمونه ي شكاف انتهايي در حالت هاي مختلف زواياي بين وجهي 0//θ تحت بارگذاري مود II مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور نمونه ENF با لايه چيني [011/θ//012] با استفاده از روش لايه چيني دستي ساخته شده و زواياي صفر، 15، 45، 60 و 90 درجه براي θ در نظر گرفته شده است. اين لايه چيني به منظور حذف اثرات لايه چيني دوردست فصل مشترك تورق، بر چقرمگي شكست نمونه هاي ENF انتخاب شده است. با انجام آزمايش تورق با استفاده از نمونه هاي ياد شده بر اساس استاندارد ASTM، چقرمگي شكست بين لايه اي شروع، پايا و منحني مقاومت استخراج شدند. علاوه بر اين با استفاده ازروش پردازش تصوير ، مقادير طول ترك و لغزش نوك ترك،استخراج گرديدند. نتايج آزمايشگاهي نشان دادكه نمونه هاي ENF با فصل مشترك 0//0و 0//15با توجه به رشد ناگهاني ترك، فاقد منحني مقاومت هستند؛ يا به عبارت ديگر، تفاوتي بين مقدار چقرمگي شكست شروع و رشد مشاهده نمي گردد. همچنين مشاهده گرديد كه با افزايش زاويه θ در لايه چيني [011/θ//012]، ميزان بار شروع تورق و نيز چقرمگي شكست بين لايه اي شروع تورق به طور محسوسي كاهش مي يابد. در بخش دوم از اين تحقيق، رفتار تورقي نمونه ENF با استفاده از مدل المان محدود و بر پايه المان هاي ناحيه چسبناك مدل سازي شد.مطابق نتايج مدل سازي المان محدود،مشخص گرديد كه با افزايش زاويه θ در لايه چيني [011/θ//012] تا زاويه 90 درجه، مدل چسبناك دوخطي توانايي پيش بيني منحني بار جابجايي نمونه ENFرا نداشته و مي بايست مدل ساختاري درنظرگرفته شده براي المان بين لايه اي اصلاح گردد. بدين منظور دو مدل ناحيه چسبناك اصلاح شده جهت تخمين رفتار بار-جابحايي نمونه،به گونه اي كه ناحيه پل زني الياف مد نظر قرار گيرد، معرفي گرديده و توانايي هر يك از مدل هاي پيشنهادي در پيش بيني منحني بار-جابه جايي مورد بررسي قرار گرفتند. در پايان براي ارائه ي درك صحيح تري از اثر زواياي بين وجهي، مولفه هاي تنش در ناحيه ي بين وجهي مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج اين بخش نشان دادكه با تغيير زواياي بين وجهي، مولفه هاي تنش برشي اثر بيش تري بر چقرمگي شكست شروع و رشد تورق دارند. واژه‌هاي كليدي:شروع و رشد تورق، مود II، نرخ رهايي انرژي كرنش، مدل ناحيه چسبناك، قانون پل زني الياف.

1395/11/09

1/1/1900 12:00:00 AM

In the present research, delamination initiation an​d growth of the end notch flexure (ENF) specimens at different interface fiber angles (0//θ), under mode II loading was investigated. To this end, ENF specimens with stacking sequences of [011/θ//012] were manufactured by the hand lay-up method an​d θ=0, 15, 45, 60 an​d 90 are selected in order to eliminate the effect of the remote ply orientation on the R-curve behavior of delaminated beams. The initiation an​d propagation fracture toughness an​d R-curves were extracted based on the ASTM standard. In addition, the crack length an​d the crack slipping were extracted by the image-processing method. The experimental results showed that the ENF specimens with 0//0 an​d 0//15 interfaces, due to the suddenly crack propagation, did not show any R-curve behavior. In the other words, the initiation an​d propagation of interlaminar fracture toughness of these specimens were the same. Also, it was observed that by increasing θ of [011/θ//012], the initiation load an​d the initiation interlaminar fracture toughness were significantly reduced. Moreover, the fiber bridging an​d constitutive laws for specimens were derived experimentally. The obtained results indicated that, by increasing of θ from zero of [011/θ//012] staking sequences, the bilinear cohesive law could not predict the load-displacement curves for ENF specimens. Therefore, two modified cohesive models were introduced to consider the fiber bridging zone. Moreover, the capabilities of each model were examined. Finally, for a more accurate understanding of the influence of interface fiber orientation on the delamination initiation an​d growth, the stress components of the interlaminar zone were eva​luated. The results showed that by changing the interface angles, the shear stress components have a greater effect on the initiation an​d steady-state interlaminar fracture toughness. Keywords: Delamination Initiation an​d Growth, Mode II, Strain Energy Release Rate, Cohesive Zone Model, Fiber Bridging Law.