تشخيص مود تخريب و تعيين مود غالب در تخريب پيش رونده در اثر ضربه سرعت بالا روي چندلايه هاي كامپوزيتي بافته شده

Failure Mode Characterization and Dominant Mode Determination in Progressive Damage Due to High Velocity Impact on Woven Composite Laminates

در اين پژوهش، به منظور بررسي تخريب پيشرونده در چند لايه هاي كامپوزيتي از روش المان محدود استفاده شده است. روابط حاكم بر تخريب پيش رونده در ميدان تنش و كرنش سه بعدي بر اساس مدل هاي شروع تخريب هاشين و گسترش خرابي ماتزنميلر، نوشته شده و بر اساس آن، يك مدل مادي در نرم افزار ال اس- داينا تهيه گرديده است. اين مدل مادي، توانايي شبيه سازي مودهاي مختلف تخريب از جمله خرابي الياف در كشش يا فشار، تخريب برشي داخل صفحه، له شدگي و لايه شدگي را دارا مي باشد. با استفاده از مدل مادي تهيه شده، ضربه پرسرعت روي چندلايه هاي بافته شده، مورد تحليل قرار گرفته است. الگوي تخريب، سرعت حد بالستيك، رشد پارامتر تخريب در مودهاي مختلف خرابي، وقوع چند مود تخريب در يك المان و كاهش مدول ماده كامپوزيتي و نرم شوندگي آن بر حسب زمان برخورد، تحليل گرديده است. همچنين ضمن بررسي اثر ضربه بر ميزان رشد خرابي نقاط نزديك به ميدان و دور از ميدان، تخريب كلي و يا جزئي در نقاط مختلف ماده كامپوزيتي، مورد مطالعه قرار گرفته است. بر مبناي نتايج به دست آمده، تعداد لايه هاي صفحه كامپوزيتي و ضخامت آن، عامل مهمي در چگونگي پاسخ ها مي باشد. همچنين مشاهده شد كه يك المان مادي در حال تخريب، ممكن است با رشد پارامتر تخريب، دچار تغيير مود خرابي گردد.

In this research, the finite element method has been utilized for investigation of the progressive damage in composite laminates. Governing equations on progressive damage in three dimensional stress and strain field have been expressed based on Hashin's onset of damage and Matzenmiller's progression of failure. The damage equations were coded to make a material model in LS-Dyna. This model could simulate various damage modes such as fiber breakage due to tension or compression, failure due to in-plane shear, crushing and delamination. High velocity impact on woven composite laminates has been analyzed using this material model subroutine. Damage pattern, ballistic limit velocity and growth of damage parameter in different failure modes have been investigated. Also, the occurrence of multi-mode damage at an element and degradation of the elastic modulus of the composite material and its softening were studied. In addition, the effect of impact on damage growth at near field and far field of the impact zone, as well as complete or partial damage of the composite laminate have been investigated. Based on outcomes, the number of plies plies is the plural of ply of composite laminate and its thickness has an important role on the manner of the results. Also, for a damaged element, change of failure mode by growth of the damage parameters was observed.