پيش‌بيني رشد آسيب در كامپوزيتهاي لايه‌اي با لايه‌چيني [0/θ]s و [θ/0]s تحت بارگذاري استاتيكي-خستگي كششي تك‌محوره

دكتراي تخصصي

در رساله حاضر وضعيت آسيب كامپوزيتهاي لايه‌اي با لايه‌چيني [0/θ]_s و [θ/0]_s تحت بارگذاري استاتيكي و خستگي مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته است. دو مود آسيب ترك ماتريسي و جدايي بين لايه‌اي ناشي از تركهاي ماتريسي به عنوان متداول‌ترين مودهاي آسيب در كامپوزيتهاي لايه‌اي در نظر گرفته شده و دستورالعملي جهت پيش‌بيني وضعيت آسيب و افت خواص مكانيكي ناشي از آن ارائه شده است. آزمايشات تجربي استاتيكي و خستگي متعددي بر روي نمونه‌هاي كربن-اپوكسي ترتيب داده شده و نتايج تحليلي روش پيشنهادي رساله حاضر در قياس با مشاهدات تجربي اعتبارسنجي شده است. مطالعات تحليلي رساله حاضر در سه بخش كلي تحليل ميكرومكانيكي ميدان تنش، پيش‌بيني وضعيت آسيب تحت بارگذاري استاتيكي و پيش‌بيني وضعيت آسيب تحت بارگذاري خستگي صورت گرفته است. ميدان تنش سلول واحد كامپوزيت حاوي آسيب با استفاده از روش ميكرومكانيكي و بر اساس روش حساب تغييرات استخراج شده است. براي استخراج ميدان تنش، لايه‌چيني [θ_m^((o) )/θ_n^((i) ) ]_s با فرض بروز تركهاي ماتريسي مياني يا متقارن بيروني يا زيگزاگي بيروني، حاوي يا فاقد جدايي بين لايه‌اي تحت بارگذاري دلخواه داخل صفحه در نظر گرفته شده است. سپس با معرفي سلول واحد براي هر يك از انواع وضعيت آسيب محتمل، ميدان تنش و متناظر با آن؛ افت خواص مكانيكي استخراج شده است. در بخش دوم معياري جهت پيش‌بيني الگوي توزيع، شروع و رشد تركهاي ماتريسي با استفاده از يك معيار انرژي‌پايه بر اساس نرخ رهاسازي انرژي توسعه داده شده است. الگوي توزيع و رشد تركهاي ماتريسي براي لايه‌چيني‌هاي مختلف پيش‌بيني شده و با نتايج تجربي مورد مقايسه و ارزيابي قرار گرفته است. همچنين، از نرخ رهاسازي انرژي به عنوان معياري جهت پيش‌بيني اشباع تركهاي ماتريسي و شروع و رشد جدايي بين لايه‌اي ناشي از تركهاي ماتريسي نيز استفاده شده است. پيش‌بيني رشد آسيب در كامپوزيتهاي لايه‌اي تحت بارگذاري خستگي كششي تك‌محوره نيز از طريق يك رابطه تواني ميان نرخ رشد آسيب و نرخ رهاسازي انرژي براي رشد تركهاي ماتريسي و جدايي بين لايه‌اي ناشي از آن در كامپوزيتهاي لايه‌اي استخراج شده است. اثرات لايه‌چيني، بيشينه تنش اعمالي و همچنين نسبت تنش اعمالي نيز بر وضعيت آسيب و افت خواص مكانيكي ناشي از آن تحت بارگذاري خستگي مورد بررسي قرار گرفته و با مشاهدات تجربي اعتبارسنجي شده است. نتايج تحليلي و تجربي مؤيد اثر نوع لايه‌چيني و ضخامت لايه‌ها بر الگوي توزيع، شروع، رشد و اشباع تركهاي ماتريسي هستند. مشاهدات نشان داد نسبت تنش و بيشينه تنش اعمالي گرچه بر شروع و نرخ رشد آسيب اثرگذارند، وليكن وضعيت اشباع آسيب مستقل از بارگذاري است.

190989

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر بيژن محمدي