بررسي رشد خرابي ترك ماتريسي و جداشدگي بين لايه اي در چندلايه‌هاي متعامد تحت باركششي

Evaluation of the matrix cracking and induced delamination formation in cross-ply composite laminates under tension loading

در بررسي رفتار مواد مركب در شرايط مختلف بارگذاري، انواع متنوعي از مودهاي خرابي ممكن است ايجاد شوند كه تأثير بسزايي در نحوه عملكرد و خواص سازه دارند. در اين مقاله با در نظرگيري مود‌هاي خرابي محتمل در مقياس ميكرو و توسعه آن‌ها در مقياس ماكرو به مطالعه پاسخ چندلايه‌هاي متعامد در حضور خرابي به‌صورت عددي پرداخته مي‌شود. بدين منظور در مقياس ميكرو اثر پيدايش و رشد جدايش اتصال الياف از ماتريس و متعاقباً شكل‌گيري ترك ماتريسي موردبررسي قرار مي‌گيرد. در ادامه و در مقياس ماكرو به بررسي جدايش بين لايه‌اي ناشي از ترك ماتريسي پرداخته مي‌شود. به‌منظور مدل‌سازي مود خرابي جدايش اتصال الياف از ماتريس كه يكي از اولين مودهاي خرابي حاكم هست، از روش ناحيه چسبنده استفاده مي‌شود و با شبيه‌سازي نتايج مربوط به جدايش فايبر از ماتريس، روش توسعه‌يافته در اين مقاله با نتايج پژوهش هاي صورت گرفته صحت سنجي مي‌شود. در ادامه، به‌منظور در نظرگيري مود خرابي ترك ماتريسي، از روش المان محدود تعميم‌يافته استفاده گرديده و درنهايت جدايش بين لايه‌اي ناشي از ترك ماتريسي با به‌كارگيري ناحيه چسبنده شبيه‌سازي مي‌گردد. بديهي است كه در مطالعه موجود برهمكنش ناشي از اين سه مود خرابي به‌صورت همزمان مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. به‌طوركلي مدل‌سازي اين حجم از فايبر و ماتريس به كمك اسكريپت نويسي در زبان برنامه‌نويسي پايتون در نرم‌افزار آباكوس صورت گرفته و روش شبيه‌سازي و حل مبتني بر استفاده از روش المان محدود و نرم‌افزار آباكوس مي‌باشد.

Studying the behavior of composite materials reveals that various types of failure modes occur when material experiences different loading conditions, which may have a significant impact on performance and properties of a structure. In this research, we study the mechanical response of orthogonal multi-layers by considering different failure modes at micro-scale and their development in macro-scale. For this purpose, the effect of the emergence and growth of fiber separation and subsequent formation of matrix cracks are investigated in the micro-scale. Furthermore, interlayer separation caused by leaving the matrix are studied in macro-scale. To model the separation of fiber matrix which is the first dominant failure mode, the sticky area method is used. The model verification and obtained results are compared with the previous research. Then, XFEM method is used to take into account the failure mode of matrix. Finally, using of the sticky area method, we are able to simulate the separation of matrix layers and the behavior of mechanical properties of cross-ply composites was studied because of matrix cracking and induced delamination.The FE-program ABAQUS via its user scripting interface (Python) are employed in this research for modeling of fibers embedded into matrix.