19316

۱۹۳۱۶

مدلسازي و تعيين خواص مكانيكي وابسته به نرخ كرنش كامپوزيتهاي اليافي زمينه پليمري

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

۱۳۹۴-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۲/۲۳

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

در اين تحقيق، يك مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش براي پيش¬بيني رفتار مكانيكي كامپوزيت¬هاي زمينه پليمري ارائه شده است. ابتدا براي پيش¬بيني رفتار ديناميكي پليمر خالص تحت بارگذاري¬هاي مختلف، با تركيب مدل اصلاح‌شده جانسون-كوك در كشش خالص و برش خالص، يك رابطه جامع جهت پيش¬بيني رفتار اين مواد در بارگذاري¬هاي چندمحوره ارائه شده است. سپس با پياده¬سازي اين مدل از طريق سابروتين-نويسي در فضاي نرم¬افزار آباكوس، رفتار مكانيكي وابسته به نرخ كرنش پليمر خالص تحت بارگذاري¬هاي چندمحوره شبيه¬سازي شده است. جهت اعتبارسنجي نتايج شبيه¬سازي، نمونه¬هاي پليمري سوراخ¬دار تهيه شده و تحت نرخ¬هاي بارگذاري مختلف كششي قرار گرفته است. مقايسه نتايج حاصل از داده¬هاي آزمايشگاهي با شبيه¬سازي در نواحي اطراف سوراخ، نشان مي¬دهد اين مدل از دقت مطلوبي جهت پيش¬بيني رفتار وابسته به نرخ كرنش پليمر خالص در محدوده ميدان تنش و كرنش چند¬محوره برخوردار است. با تركيب مدل ديناميكي ساختاري تعميم¬يافته با مدل مايكرومكانيكي پلاستيسته هوانگ، رفتار مكانيكي وابسته به نرخ كرنش كامپوزيت اليافي تك¬جهته تحت بارگذاري¬هاي كشش طولي، كشش عرضي و برش درون صفحه¬اي پيش¬بيني شده است. در انتها با تركيب مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش براي كامپوزيت اليافي تك¬جهته با مدل آسيب پيش¬رونده ديناميكي در كامپوزيت¬هاي اليافي چندلايه، يك مدل ديناميكي ساختاري-مايكرومكانيكي جهت پيش¬بيني رفتار مكانيكي وابسته به نرخ كرنش كامپوزيت زمينه پليمري چندلايه ارائه شده است. مقايسه نتايج اين مدل با نتايج آزمايشگاهي موجود نشان مي¬دهد كه اين مدل از دقت مطلوبي جهت پيش¬بيني رفتار الاستيك، پلاستيك و استحكام كامپوزيت¬هاي زمينه پليمري چندلايه تحت بارگذاري¬هاي استاتيكي، شبه¬استاتيكي و ديناميكي برخوردار است. همچنين مدل مايكرومكانيكي ارائه-شده قادر به تشخيص مودهاي مختلف تخريب حين بارگذاري¬هاي استاتيكي و ديناميكي مي¬باشد. واژه¬هاي كليدي: مدل مايكرومكانيكي، نرخ كرنش، كامپوزيت اليافي، مدل ديناميكي ساختاري تعميم‌يافته

1397/06/19

Modeling and determination of strain rate dependent mechanical properties of polymeric fibrous composites

9/10/2018 12:00:00 AM

In this study, a strain rate dependent micromechanical model has been proposed to predict mechanical behvior of polymer matrix composites. First, in order to predict dynamic behavior of polymers under different loading conditions by combining the modified johnson-cook model in pure tensile and pure torsion, a generalized constitutive model has been presented to predict mechanical behavior of these materials under multi-axial loading conditions. Then, by implementing this model in ABAQUS user material subroutine, strain rate dependent mechanical behavior of polymers have been simulated under multi-axial loading conditons. In order to validate the numerical simulation, experimental tensile tests of polymeric specimens with central holes were carried out at different strain rates. Comparison of experimental results with simulation around the hole shows that this model has an acceptable accuracy to predict strain rate dependent behavior of polymers under multi-axial stresses and strains. By combining the generalized dynamic constitutive model for neat polymers and the micromechanical plastic theory of Huang, strain rate dependent mechanical behavior of unidirectional composites under longitudinal and transverse tensile and in-plane shear loading conditions have been predicted. Then, by combining the strain rate dependent micromechanical model of unidirectional composites and a dynamic progressive failure criteria, a dynamic micromechanical constitutive model has been presented to predict strain rate dependent mechanical behavior of laminated composites. A comparison of results predicted by the present model and experimental results shows that the model predicts the strain rate dependent mechanical behavior of laminated composites at different starain rates with a very good accuracy. Also, the present model is able to identify different failure modes of each ply of a laminate under static and dynamic loading conditions. Keywords : micromechanical model, Strain rate, Fibrous composite, Generalized strain rate constitutive model