مطالعه عددي پديده جدايش بين لايه اي در سوراخكاري كامپوزيت كربن/اپوكسي و بررسي سهم مود ΙΙ شكست

Numerical study of delamination in drilling of Glass/Polyester and investigation of mode 𝚰𝚰 fracture contribution

مهم ترين عيبي كه در سوراخكاري كامپوزيت ها بوجود مي آيد جدايش بين لايه اي است كه باعث كاهش استحكام قطعه مي شود. محققين زيادي روي جدايش بين لايه اي در حين سوراخكاري كامپوزيت ها كار كرده اند و سعي كرده اند با ارائه مدل هاي تحليلي، عددي و تجربي آن را فرموله كنند. در مدل هاي ارائه شده تا به امروز، فقط اثرات مودΙ و ΙΙΙ شكست در نظر گرفته شده است و از اثر مودΙΙ در اين مدل ها صرف نظر شده است لذا هدف از اين پژوهش بررسي اثر مودΙΙ شكست به روش المان محدود در گسترش ترك هاي بين لايه اي در حين سوراخكاري چندلايه هاي كامپوزيتي است. به همين منظور، تحليل عددي جدايش بين لايه اي در سوراخكاري كامپوزيت تك جهته كربن/اپوكسي با انجام اصلاحاتي روي مدل هاي عددي قبلي صورت گرفت. روش مورد استفاده جهت تحليل عددي گسترش ترك و بدست آوردن نرخ آزادسازي انرژي مودΙ و ΙΙ، روش بستن مجازي ترك است. اين تحليل هم براي گسترش ترك زير جان مته، وقتي كه هنوز مته از قطعه كار بيرون نيامده است و هم براي گسترش ترك زير لبه-هاي برنده، وقتي كه جان مته از قطعه كار بيرون آمده است انجام شد. با بدست آمدن نرخ آزادسازي انرژي مودΙ و ΙΙ و مقايسه آن ها با مقادير بحراني، علاوه بر محاسبه نيروي بحراني كه منجر به جدايش بين لايه اي مي شود، در مورد اثرگذاري هر كدام از مودها بحث شده است. در پايان مشخص گرديد كه اثرگذاري مودΙ در تمامي موارد از مودΙΙ بيشتر بوده و مود غالب گسترش ترك، مودΙ است بطوريكه بيش از 95درصد از پارامتر گسترش ترك در معيار تواني، ناشي از نرخ آزادسازي انرژي مودΙ است.

Delamination is one of the most important defects that reduces the strength of a part. Many researchers have studied delamination in drilling of composite materials and they tried to formulate this phenomenon by developing of analytical, numerical and experimental models. In these models up to now, only effect of modeΙ and modeΙΙΙ of crack propagation is considered and effect of modeΙΙ is neglected. The goal of this research is determination of modeΙΙ effect on propagation of interlaminar cracks during drilling of multilayered composites by means of finite element analysis (FEA).Thus the numerical analysis of delamination of unidirectional Carbon/epoxy composite during drilling is performed by modification of previous numerical models. The numerical method used for determination of strain energy release rates in modeΙ and modeΙΙ is Virtual Crack Closure Technique (VCCT). This analysis is performed for crack propagation under chisel edge when the drill has not come out from the workpiece and for crack propagation under cutting edges when the drill has come out from the workpiece. By determining strain energy release rates in modeΙ and modeΙΙ and comparing them with critical values 𝐺Ιc and𝐺ΙΙ𝑐, the critical thrust force that causes delamination is determined and contribution of each crack propagation mode in delamination is discussed. At the end of this research, it was found that the effect of modeΙ is more than modeΙΙ in all of cases such that more than 95percent of crack propagation parameter in power law criteria is due to strain energy release rates in mode Ι.