30452

مطالعه تجربي رفتار رشد ترك بين¬لايه¬اي در چندلايه‌هاي فلز-كامپوزيتي GLARE در مود اول

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا

1399

1402/07/19

دكتر بيژن محمدي سنگجوئي

دكتر فتح الله طاهري بهروز

مهندسي مكانيك

چند¬لايه¬هاي فلز-كامپوزيتي كه به اختصارFML ناميده مي¬شوند؛ نوعي از مواد كامپوزيتي هستند كه بصورت لايه‌لايه تشكيل مي¬شوند. آسيب¬ها در چندلايه¬هاي فلز-كامپوزيتي مي¬توانند بصورت درون¬لايه¬اي يا ميان¬لايه¬اي پديدار شوند. آسيب¬هاي درون¬لايه¬اي شامل ترك¬هاي ماتريسي و ترك¬هاي طولي و آسيب¬هاي ميان¬لايه¬اي به صورت جدايش بين¬لايه¬اي مي¬باشند. هدف از اين پژوهش در ابتدا، آشنايي با انواع چندلايه¬هاي فلز-كامپوزيتي و مزاياي آن¬ها و سپس آشنايي با مكانيزم¬هاي آسيب مانند ترك¬هاي عرضي و با لايه¬لايه¬شدن در اين مواد مي-باشد. در ادامه، مباحث تئوري مكانيك شكست الاستيك خطي و مدهاي شكست در خصوص پديده جدايش بين¬لايه¬اي و انواع روش¬هاي محاسبه¬ي نرخ رهايي انرژي كرنشي در چندلايه¬هاي فلز-كامپوزيتي بيان مي¬شود. در ادامه انواع مكانيزم‌هاي خرابي در چندلايه‌ها مانند پل‌زني الياف، رشد زيگزاگي ترك، چسبندگي الياف و رزين و غيره پرداخته مي¬شود. آزمايش¬هاي تجربي در اين پژوهش از چند بخش تشكيل مي¬شود كه در بخش اول و بر طبق استاندارد موجود در زمينه چندلايه¬هاي فلز-كامپوزيتي به بررسي و آزمايش تير يكسر گيردار دولبه بر روي نمونه¬هاي از جنس شيشه/اپوكسي/آلومينيوم با سطح مشترك AL//90 ، AL//0 و بافتAL// و سپس به محاسبه نرخ رهايي انرژي كرنشي نمونه¬ها پرداخته مي¬شود. در بخش بعد، و براي مقايسه¬ي نتايج به بررسي و آزمايش تير يكسر گيردار دولبه بر روي نمونه¬هايي از جنس شيشه/اپوكسي/آلومينيوم با سطح مشترك AL//0 و بافتAL// و محاسبه نرخ رهايي انرژي كرنشي نمونه¬ها پرداخته مي¬شود. با توجه به آزمون¬هاي آزمايشگاهي طي اين پژوهش، مي¬توان گفت كه هرچه زاويه¬ الياف در فصل مشترك افزايش يابد، مقدار نرخ رهايي انرژي كرنشي بين¬لايه¬اي افزايش خواهد داشت؛ به طوري كه مقادير نرخ رهايي انرژي كرنشي بيشتري در نمونه¬هاي با سطح مشترك AL//90 نسبت به نمونه¬هاي با سطح مشترك AL//0 محاسبه گرديد. همچنين مشاهده مي¬شود كه در نمونه¬هاي با سطح مشترك AL//90 رشد زيگزاگي ترك و مكانيزم پل¬زني الياف اتفاق مي¬افتد در حالي كه در نمونه¬هاي با سطح مشترك AL//0 بيشترين طول پل¬زني الياف مشاهده مي¬شود. در مرحله¬ي بعد به مقايسه نتايج تجربي بدست¬آمده از آزمايش و شبيه¬سازي نمونه¬هاي مختلف با كمك روش المان ناحيه چسبنده پرداخته خواهد شد. در نهايت به مكانيزم¬هاي آسيب رخ داده در آزمايش بر روي هر نمونه و بررسي اختلاف در مفادير نرخ رهايي انرژي كرنشي پرداخته مي¬شود.

1402/11/13

Experimental Study Of Interlaminar Crack Growth Behavior In GLARE Materials In Mode I

10/10/2024 12:00:00 AM

“Fiber Metal Laminates (FMLs) are a type of composite material that consists of alternating layers of metal and fiber-reinforced polymer. FMLs can suffer from intra-layer or inter-layer damage. Intra-layer damage includes matrix cracks and longitudinal cracks, while inter-layer damage involves delamination. The aim of this research is to study the types and advantages of FMLs, and to investigate the damage mechanisms such as transverse cracks and delamination in these materials. The topics of linear elastic fracture mechanics theory and failure modes related to interlayer separation and various methods of calculating the strain energy release rate (SERR) in FMLs are explained. The different types of failure mechanisms in multilayers, such as fiber bridging, zigzag crack growth, fiber and resin adhesion, etc., are also discussed. The experimental tests in this research are divided into several parts. In the first part, following the existing standard in the field of FMLs, double-sided single-ended beams made of glass/epoxy/aluminum with AL//90, AL//0 and AL//texture interfaces are tested and the SERR of the samples are calculated. In the next part, to compare the results, double cantilever beams made of glass/epoxy/aluminum with AL//0 and AL//texture interfaces are tested and the SERR of the samples are calculated. Based on the laboratory tests in this research, it can be concluded that as the angle of the fibers in the interface increases, the SERR of interlayer separation also increases; hence, the SERR values were higher in the samples with AL//90 interface than in the samples with AL//0 interface. It is also observed that in the samples with AL//90 interface, zigzag crack growth and fiber bridging mechanisms occur, while in the samples with AL//0 interface, the maximum length of fiber bridging is observed. In the next step, the experimental results obtained from the tests and simulations of different samples are compared using the cohesive zone element method. Finally, the damage mechanisms that occurred in the tests on each sample and the differences in terms of SERR are discussed.”

خواص مكانيكي، كامپوزيت، آسيب، رشد ترك، نرخ رهايي انرژي كرنشي

: Mechanical properties, Composites, Damage, Crack Growth, Strain Energy Release Rate

ali mohtasham moein

dr. bijan mohammadi sangjoei