پيش بيني رفتار خزشي مواد مركب اليافي با استفاده از مدل سازي ميكرو مكانيكي

Micromechanical modeling for prediction of the creep behavior of fibrous composite materials

در اين مقاله مدل ميكرو مكانيكي جهت بررسي رفتار خزشي و وابسته به زمان در مواد مركب اليافي ارائه شده است. براي مدل سازي و استخراج رفتار كامپوزيت با استفاده از مدل ميكرومكانيكي از مفهوم المان نماينده حجمي استفاده شده است. با استفاده از روابط ساختاري مربوط به خزش در بارگذاري چند محوره، مدل المان محدود براي مدل سازي خزش چند محوره استخراج شده است. سپس روابط حاكم بر المان نماينده با در نظر گرفتن ترم هاي مربوط به خزش با استفاده از روش المان محدود گسسته سازي شده و ماتريس هاي سفتي و نيرو متناسب با آن در مدل المان محدود استخراج شده است. با توجه به اينكه در بارگذاري هاي عمودي محوري و جانبي كامپوزيت اليافي، ماهيت ميدان جابجايي المان نماينده بصورت كرنش صفحه اي توسعه يافته قابل مدل سازي است، لذا گسسته سازي معادلات براي حالت كرنش صفحه اي توسعه يافته ارائه شده است. شرايط مرزي المان نماينده متناسب با بارگذاري در مسئله خزش اعمال شده است و از روش صريح اويلر براي حل معادلات در حوزه زمان استفاده شده است. مدل ميكرومكانيكي ارائه شده براي بررسي توزيع تنش در زمينه و الياف و بررسي خزش مرحله پايدار كامپوزيت اليافي زمينه فلزي استفاده شده است و نقش خزش در تغيير توزيع تنش بر حسب زمان بررسي شده است. سپس رفتار خزشي كامپوزيت در ديدگاه ماكرومكانيكي با استفاده از مدل ميكرومكانيكي ارائه شده بر مبناي المان نماينده استخراج شده است وخواص ماكرومكانيكي كامپوزيت براي بارگذاري هاي جانبي و محوري براي نسبت هاي حجمي متفاوت بدست آمده است.

A micro-mechanical model based on the representative volume element (RVE) is presented to study the time-dependent and creep behavior of fibrous composite material. To this aim a finite element model is presented for analysis of creep behavior of material in multi-axial creep are presented. The generalized plane strain condition is employed to model the behavior of the RVE in axial and transverse normal loading. The governing equations of the problem in the RVE are discretized using the presented finite element method and the stiffness and force matrixes are presented. Appropriate boundary conditions are implied to the RVE in order to consider the transverse and axial loading conditions including creep behavior. The Euler explicit method is employed to solve the discretized equations in the time domain. The distribution of micro-stresses and the effect of creep in re-distribution of the stresses are studied. The steady state creep behavior of composite in macro-mechanical scale is investigated by analysis of the micromechanical behavior of the RVE. The macro-mechanical creep behavior of metal matrix composite in axial and transverse loading is predicted from the presented micromechanical model.