پیش‌بینی شکست چندلایه‌های کامپوزیتی تحت خمش توسط مدل‌ دسته ترک و معیار هشین

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• علیرضا نظری ¹
• مهدی خانزاده-مرادلو ²

¹ دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران

² گروه مهندسی عمران‌ و محیط‌زیست، دانشگاه تمپل، فیلادلفیا، آمریکا

10.22067/jacsm.2024.81229.1169

چکیده

برای ارزیابی مقاومت نهایی در چندلایه‌های کامپوزیتی پایه پلیمری معیارهای مختلفی پیشنهاد شده، حال آنکه شکست ترد در این مواد کمتر برررسی شده است. در مقاله حاضر چندلایه‌های ساخته شده با الیاف تک‌جهته شیشه و رزین وینیل‌استر تحت بارگذاری سه نقطه خمشی در آزمایشگاه قرار گرفته و کاهش سختی وابسته به گسترش ترک‌خوردگی در ماتریس و خرابی نهایی وابسته به شکست ترد لایه‌ها بصورت گروهی ملاحظه شد. در ادامه مدل‌های المان محدود از نمونه‌های آزمایشگاهی شبیه‌سازی شده و با مقایسه نتایج مدل‌ها با نتایج آزمایشگاهی، مدل پیشنهادی برای خرابی مورد تصدیق قرار گرفت. پیش‌بینی کاهش سختی چندلایه‌ها بعلت آسیب پیش‌رونده ماتریس بر مبنای میزان انرژی جذب‌شده و شکست ترد نهایی بر مبنای مدل دسته‌ترک که ایده جدید تحقیق حاضر بوده، دارای دقت خوبی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی بود حال آنکه پیش بینی خرابی توسط معیار تنش بیشینه در مورد تیرهای همراستا با الیاف و عمود بر راستای الیاف به ترتیب با 29% و 50% خطا نسبت به مقادیر آزمایشگاهی بود.

کلیدواژه‌ها

• چندلایه‌های کامپوزیتی
• مدل دسته ترک
• معیار خرابی هشین
• انرژی جذب‌شده
• آسیب پیش‌رونده

موضوعات

• مواد مرکب

---

عنوان مقاله [English]

Investigation into brittle flexural failure in composite laminates by crack band model and Hashin theory

نویسندگان [English]

• Alireza Nazari ¹
• Mehdi Khanzadeh-Moradllo ²

¹ Department of Civil Engineering, Technical and Vocational University, Tehran, Iran

² Department of Civil and Environmental Engineering, Temple University, Philadelphia, USA

چکیده [English]

To assess the ultimate strength of polymeric composite laminates, various criteria have been proposed, however the response of composite laminates depends on characteristics of the specimens such as the type of material, dimensions of the specimens and the fabrication type. In this paper, the composite laminates, made of UD glass fibers and vinylester resin were examined under 3PB condition. Additionally, the FE models were used to simulate the mechanical behavior of specimens under 3PB. The degradation of stiffness and the ultimate brittle failure of the laminates were modeled using the Hashin damage in the matrix and the bundle failure model related to breakage of the fibers. The algorithm determined for the FE model, could predict the ultimate strength of the composite laminates accurately. A comparison between the experimental and the simulation results indicated the reliability of the modeling technique to assess both progressive and brittle failures in the composite laminates.

کلیدواژه‌ها [English]

• Composite laminates
• Crack band model
• Hashin criteria
• Energy absorption
• Progressive damage