23376

پيش‌بيني تجربي رفتار شكست چندلايه‌هاي كامپوزيتي پوسته بال حاوي جدايي بين لايه‌اي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا-سازه هاي هوايي

97

1399/8/28

بيژن محمدي

مهندسي مكانيك

مواد كامپوزيتي علي¬رغم تمام مزايايي كه نسبت به ساير مواد رايج دارند، ساختار فيزيكي و رفتار مكانيكي به‌مراتب پيچيده¬تري از خود نشان مي‌دهند كه اين عوامل، به¬كارگيري آن‌ها را با محدوديت¬ها و مشكلاتي روبرو مي¬سازد. در اين پژوهش هدف، بررسي تأثيرات مكانيزم هاي اتلاف و جذب انرژي يا به عبارتي مكانيزم هاي سخت‌شوندگي و نرم شوندگي اعم از رشد زيگزاگي ترك، پل¬زني الياف، چسبندگي الياف و رزين و... و همچنين بررسي عوامل مختلف تأثيرگذار بر نرخ رهايي انرژي كرنشي مانند دماي محيط و دماي پخت نمونه‌ها مي‌باشد. در كوشش حاضر، بررسي‌ها به چند بخش تقسيم شده است. بخش اول به بررسي تأثير طول ترك‌هاي اوليه متفاوت، بر نرخ رهايي انرژي كرنشي پرداخته و نمونه‌هايي از جنس شيشه/اپوكسي با سطح مشترك 90//0 با استفاده از آزمايش DCB براي اين بخش در نظر گرفته شده¬است. در بخش بعدي به تأثير دماي پخت نمونه‌ها بر نرخ رهايي انرژي كرنشي پرداخته شده¬است. بخش سوم اين پژوهش به بررسي تأثير سطح مشترك‌هاي متفاوت بر نرخ رهايي انرژي كرنشي با لايه چيني [0_5/θ/0_6] كه θ در آن زواياي 0، 30، 45و 90 درجه را شامل مي‌شود، اختصاص داده شده¬است. بخش چهارم به بررسي تغيير لايه چيني در يك نمونه كامپوزيتي كربن/اپوكسي پرداخته و تأثير آن بر نرخ رهايي انرژي كرنشي بررسي شده¬است. نهايتاً در بخش آخر اين پژوهش به تأثير مدل‌هاي مختلف ساخت پنل هاي ساندويچي از جنس كربن با هسته لانه‌زنبوري پرداخته و ناحيه شروع جدايش با دو آزمايش كشش و برش در آن‌ها مورد بررسي قرار گرفته است. در تمامي اين مراحل و بررسي‌ها نمودار بار-جابجايي استخراج‌شده از آزمايش‌هاي تجربي با تحليل نرم‌افزاري موردبررسي قرار گرفته¬است. با توجه به تست‌هاي آزمايشگاهي طي اين پژوهش، مي‌توان گفت كه هرچه زاويه الياف در فصل مشترك افزايش يابد، مقدار نرخ رهايي انرژي كرنشي بين¬لايه¬اي افزايش خواهد يافت. به‌طوركلي مي‌توان گفت كه لايه چيني [0_5/90/0_6] نسبت به لايه چيني[0_12] ،GIc بالاتري دارد و دليل اين بيشتر بودن را مي¬توان به وجود مكانيزم رشد زيگزاگي ترك ربط داد كه در لايه چيني با فصل مشترك صفر درجه اين مكانيزم رخ نمي‌دهد. همچنين مشاهده مي‌شود كه طول ناحيه پل‌زني در لايه چيني با فصل مشترك صفر درجه از باقي لايه چيني‌ها بيشتر است زيرا الياف هم‌راستا با يكديگر بيشتر در ارتباط هستند. با نتايج به‌دست‌آمده در تست نمونه كامپوزيتي كربن/اپوكسي پي برده شد كه تغيير در لايه چيني نمونه‌ها نيز مي‌تواند بر نرخ رهايي انرژي كرنشي اثرگذار باشد. در بررسي بخش آخر نتيجه گرفته شد كه يكي از بهترين راه‌ها براي ساخت پنل هاي ساندويچي، استفاده از روش ساخت سه مرحله‌اي است كه در اين صورت جدايش از وسط هسته يا همان لايه‌ي لانه‌زنبوري رخ مي دهد كه بهترين حالت ممكن است.

1400/01/18

Experimental prediction of fracture behavior of composite multilayer wing shells with Delamination

11/18/2020 12:00:00 AM

Despite all advantages composite materials have in respect to conventional materials, they demonstrate more complicate mechanical behaviour and physical structure by far, which make them difficult and limited to wield. Also, these fragments should be designed timidly due to several mechanisms of damage in composites. Thus, in many cases, high reliability should be considered to compensate these shortages. Delamination phenomenon which occurs due to lack of reinforcement (fibre) in direction of thickness, is one of the most important mechanisms of damage in lamination of composites. In order to perfect exploitation of useful features of composites, it essential to peruse the delamination phenomenon scrutinizingly. The main goal in this research is checking loss and energy absorption mechanisms or hardening and softening mechanisms, such as zig-zag crack growth, fibre bridging, fibre and resin adhesion and …and also indagating effective factors on strain energy release rats perimeter temperature and samples’ cooking temperature. Researches are divided into some sections in this conference. In the first section, we survey impacts of different length primary cracks on strain energy release ratio and consider samples of glass/epoxy with 0//90 interface using DCB experiment for this section. In the next section, effect of sample cooking temperature on strain energy release ratio is observed and DCB glass/epoxy samples with 0//90 interface are considered. Third section is specified to perusing effects of different interfaces on strain energy release ratio with [05/θ/06] lay-up in which θ comprises 0,30,45 and 90 degree angles. In the fourth section, lay-up changes in a composite carbon/epoxy sample and its impression on strain energy release ratio is researched. Finally, we discuss different fabrication models of carbon sandwich panels with honeycomb core and indicate area of beginning of separation by tension and shear experiments in the last section. In every stages and researches, load-movement curve which is extracted from empirical experiments by software analysis is surveyed. According to experimental tests in this research, it can be said that whatever fibre angles in interface increase, the interlayer strain energy release ratio increases as well. Generally, the [05/90/06] lay-up has more GIc than [012] due to zig-zag crack growth mechanism which is not occurred in zero-angle interface lay-up. Also it can be seen that bridging area length in zero-angle interface lay-up is greater than the others because same directional fibres have more interaction with each other. Also we understand that primary cracks length has no effect on strain energy release ratio and it means strain energy release ratio is a somatic parameter and it is independent from geometry, crack length and…. However crack length changes have a tremendous impact on load-movement curve. Based on obtained results from composite carbon/epoxy sample test, it is understood that lay-up changing in samples may have an influence on strain energy release rate and interface layer is not the only criterion but changes in farther layers in respect to interface can also affect strain energy release rate. It is observed in last section that one of the best ways to fabricate sandwich panels is using three stage method in which separation occurs in middle of core or honeycomb which is the best possible case.

نرخ رهايي انرژي كرنشي , رشد زيگزاگي ترك , پلزني الياف , تست دي سي بي

Strain energy release rates , Zig-zag crack growth , Fibre bridging , DCB test