28602

پيش‌بيني عمر خستگي قطعات كامپوزيتي حاوي عيوب ناشي از ضربه كم سرعت

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1402/4/28

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مهندسي مكانيك

كاربرد روزافزون مواد كامپوزيتي در صنايع مختلفي مانند هوانوردي، توجه بيشتري به حفظ ايمني سازه هاي ساخته شده از اين مواد در برابر آسيب هايي مثل ضربه كه تحت شرايط بارگذاري تكرارشونده قرار مي گيرند را مي طلبد. بنابراين و با توجه به توسعه مدل هاي متنوع رفتار آسيب پيشرونده در قالب نرم افزارهاي اجزاء محدود، ارائه يك روش جامع، ساده و كاربردي براي شبيه سازي همزمان رفتار ضربه و خستگي چندلايه هاي كامپوزيتي مي تواند از اهميت زيادي برخوردار باشد. به همين دليل در اين پايان نامه ابتدا مدل هاي خستگي كامپوزيت و لايه چسبناك بر اساس مدل هاي پايه اي شكريه-لسارد و تورون توسعه داده مي شوند، سپس مدل هاي ضربه مطابق آن دو مدل و با پارامترهاي سازگار با آن ها ارائه مي شوند. اين مدل ها نهايتا به صورت كد ويومت در نرم افزار تجاري آباكوس براي انجام تحليل هاي مختلف بر روي نمونه هاي كامپوزيتي چندلايه مورد استفاده قرار مي گيرند و نتايج حاصل شده با داده هاي آزمايشگاهي ديگران مقايسه مي شود. اين داده ها شامل نتايج آزمون هاي خستگي كشش-كشش، فشار-فشار و كشش-فشار است كه بر روي نمونه هاي آسيب ديده به دليل ضربه كم سرعت با لايه چيني شبه همسانگرد اعمال مي شود. نتايج حاصل از شبيه سازي هاي ضربه و نيز خستگي كششي، از لحاظ الگو و شكل آسيب هاي مختلف ايجاد شده و نحوه گسترش آن ها مطابق نتايج آزمون هاي تجربي مذكور و ديگر تحقيقات انجام گرفته مي باشد، اما درمورد گسترش آسيب ها در خستگي فشاري، عملكرد تحليل عددي با نتايج تجربي متفاوت است. همچنين عملكرد تحليل عددي در پيشبيني عمر خستگي حالت هاي مختلف، در بعضي موارد با خطاي قابل توجهي همراه است. با اين حال، تاثير ناچيز ضربه بر روي آسيب هاي خستگي و عمر نمونه در حالت خستگي كششي و نيز اثر قابل توجه آن براي خستگي فشاري، در نتايج بدست آمده مشهود است.

1402/05/30

Fatigue life prediction of composites with low velocity impact damage

7/18/2024 12:00:00 AM

The increasing use of composite materials in various industries such as aviation, requires more attention to maintain the safety of composite structures against damages like impact, especially when subjected to repetitive loadings. While a variety of progressive damage models have been developed for the use with FEM software, it would be so important to propose a comprehensive, but rather simple and practical method so as to co-simulate both the impact and fatigue behavior of composite laminates. So at first, fatigue models of composite and cohesive zone are developed based on fundamental models of shokrieh-lessard and turon, then two impact models whose parameters are consistent with these fatigue models are presented. Finally, all of these models are incorporated into abaqus software through vumat code and it is used to perform different analyses on laminate samples and compare the results with some experimental data. These data include the results of some tension-tension, compression-compression and tension-compression fatigue tests, which are applied to the low velocity impacted quasi-isotropic composite coupons. For impact and tension dominated fatigue, the patterns and shapes of different damage modes and their propagation fashion are similar for both numerical analysis and mentioned experimental results and also empirical observations of other researches, but for compressive fatigue, the performance of numerical analysis is different from the experimental results. Besides, the numerical model fatigue life predictions for different loading conditions includes significant errors in some cases. However, the negligible effects of impact on damages and specimen life for tensile fatigue and it’s considerable impression on compressive fatigue behavior was obvious in the obtained results.

آسيب مواد كامپوزيت , لايه چسبناك , مدلسازي پيشرونده , خستگي پس از ضربه , عمر خستگي

composite material damage , cohesive zone , progressive modelling , fatigue after impact , fatigue life

Alireza Pakravan

Dr. Fathollah Taheri-Behrooz