23751

پيش بيني استحكام خمشي باقيمانده چند لايه هاي فلز- الياف تحت ضربه ي كم سرعت

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1397

99/11/13

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مكانيك

گلارها نوعي از چند لايه¬هاي فلز-الياف¬ هستند كه به¬¬صورت گسترده در صنعت هوايي استفاده مي¬شوند و رويداد ضربه به عنوان يكي از مهم¬ترين عوامل تهديد كننده آن¬ها شناخته مي¬شود. وجود خرابي¬هاي ناشي از فرايند ضربه مي تواند بر استحكام باقي مانده نمونه ضربه ديده اثرگذار باشد. نيروي مقاومت هوا باعث تغيير فرم قابل توجه در بال¬هاي هواپيما مي¬گردد كه باعث ايجاد نيروي خمشي مي¬شود. هدف از اين پژوهش بررسي استحكام خمشي چند لايه¬هاي فلز-الياف¬ پس از ضربه كم¬سرعت به دو روش تجربي و عددي مي¬باشد. در بخش تجربي آزمون ضربه در چهار سطح انرژي ضربه بر روي گلار با لايه¬چيني متعامد [Al/0/90/0/90]_s انجام شده¬ و سپس نمونه¬ها تحت آزمون خمش سه¬نقطه¬اي قرار گرفته است. روش¬هاي متعدد آماده¬سازي سطح فلز براي ساخت چند لايه¬هاي فلز-الياف مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته¬اند. در بخش شبيه¬سازي عددي به منظور استفاده از معيار خرابي سه¬بعدي هشين و مدل توسعه¬خرابي براي شبيه¬سازي آغاز و توسعه¬ي خرابي درون لايه¬هاي كامپوزيتي، زيرروال تهيه شده توسط كاربر ويومت كد¬نويسي شده¬است. نتايج عددي و آزمايشگاهي نشان دهند¬ي اين موضوع هستند كه افزايش سطح انرژي ضربه باعث كاهش استحكام خمشي چند لايه¬هاي فلز-الياف¬ مي¬گردد. لايه آلومينيوم در چند لايه¬هاي فلز- الياف در تحمل بار خمشي نقش بسيار مهمي دارد و رويداد ضربه مي تواند تا حدود زيادي از سهم باربرداري لايه¬هاي آلومينيوم تحت بار خمشي بكاهد و رفتار خمشي چند لايه¬هاي فلز-الياف را به رفتار كامپوزيت¬ها نزديك كند. استحكام خمشي نمونه ضربه¬ديده با انرژي 18 ژول 15 درصد نسبت به نمونه ضربه نديده كاهش داشته¬است و گسترش آسيب الياف و ماتريس به علت وجود خرابي¬هاي ناشي از ضربه سريع¬تر رخ داده است. نتايج عددي بدست آمده تطابق مناسب با نتايج آزمايشگاهي داشته¬اند و تركيب آن¬ها درك روشني از رفتار خمشي گلارها و توالي رخداد خرابي¬ها بعد از ضربه را به وجود آورده ¬است. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ نوري و تصاوير گزار نوري حالت¬هاي خرابي گلارها را در غالب تورق، ترك ماتريس و شكست الياف به خوبي نشان داده و روند گسترش آسيب را مشخص نموده است.

1399/12/03

Prediction of residual flexural strength of fiber metal laminates after low velocity impact

2/2/2022 12:00:00 AM

Glass fiber aluminum laminates (GLARE) is a kind of fiber metal laminates widely used in aircraft structures, frequently expose to impact damages. Aircrafts are always subjected to aerodynamic force and air resistance, which cause large deflection on the wing by producing large bending moment. The purpose of this project is to investigate Bending failure mechanism and flexural properties of GLARE laminates after low-velocity impacts. In this study, bending properties of Glare laminates were obtained after different impact energies. different surface treatment methods on the aluminum layers were conducted and studied. The 3D Hashin criterion and damage evolution model were applied to predict the intra-laminar damage initiation and evolution, wherein a user defined material subroutine VUMAT is coded. Numerical and experimental results revealed that bending modulus decreased with increasing impact energy. The flexural strength of the impacted sample with an energy of 18J has decreased by 15% compared to the undamaged sample, and evolution of fiber and matrix damage has occurred faster due to pre-existing failures. As the impact energy increases, the behavior of the fiber metal laminates becomes more similar to that of the composites, and the contribution of the aluminum layer to the flexural load decreases. SEM observation showed different failure states of composites in the form of delamination, matrix cracking and fiber breakage. The results obtained from finite element simulations show good agreement with the experimental results.

چندلايه فلز الياف , ضربه كم سرعت , استحكام باقي مانده خمشي

fiber metal laminates (FMLS) , low velocity impact (LVI) , Residual flexural strength