بررسي تجربي و تئوري بار بحراني در نمونه‌هاي چند لاية كامپوزيتي حاوي شيار يو - شكل، تحت بارگذاري برش درون صفحه‌اي

Experimental and theoretical investigation of the critical load of U-notched laminated composite specimens under in-plane shear loading

مدل‌هاي خرابي متعددي مبتني بر پيش‌بيني ميزان ظرفيت باربري چندلايه‌هاي كامپوزيتي حاوي ترك و شيار، مورد توجه محققين بسياري در حوزة مكانيك شكست قرار گرفته است. دليل اهميت اين امر، استفادة بسيار زياد قطعات كامپوزيتي شياردار در صنايع هوايي و فضايي در چند دهة اخير مي‌باشد. در اين پژوهش سعي شده است تا با به‌كارگيري روشي بديع و درعين حال ساده، كه اخيراً توسط نويسندگان اين مقاله پيشنهاد شده است، ميزان ظرفيت باربري (ظرفيت باربري آخرين لايه) چندلايه‌هاي كامپوزيتي حاوي شيار يو-شكل، با لايه‌چيني‌هاي متفاوت، تحت بارگذاري برش داخل صفحه‌اي (مود دوخالص) بررسي گردد. معيارهاي تركيبي جديد ارائه‌شده براي اولين بار در حوزة مكانيك شكست مواد ارتوتروپ ارائه شده است. به همين منظور، با استفاده از مفهوم جديدي به نام مفهوم مادة ايزوتروپ مجازي و تركيب آن با دو معيار شناخته شده و پركاربرد در حوزة مكانيك شكست الاستيك خطي به نامهاي معيار حداكثر تنش محيطي و تنش متوسط، نتايج حاصل از آزمايش نمونه‌هاي چندلاية كامپوزيتي نيم‌ديسك خمشي حاوي شيار يو-شكل تحت بارگذاري برش داخل صفحه‌اي، با پيش‌بيني‌هاي تئوري انجام‌شده مقايسه مي‌گردند. نتايج بدست‌آمده حاكي از تطابق بسيار خوب تمامي نتايج آزمايشگاهي با نتايج حاصل از تئوري‌هاي شكست جديد تركيبي پيشنهاد شده مي‌باشند.

Numerous failure models for prediction of the load-carrying capacity of cracked and notched laminated composites have been of interest to researchers in the field of fracture mechanics. The cause of the importance of this subject was the extensive use of notched composite laminates in aerospace industries in the last decades. In this investigation, it was tried to predict the load-carrying capacity (critical failure load) of U-notched laminated composite specimens with various layup configurations under pure mode II loading (in-plane shear loading) conditions, by utilizing a simple and novel concept proposed recently by the authors. The new composed criteria have been proposed in the field of orthotropic fracture mechanics for the first time. For this aim, by using a newly proposed concept, namely the virtual isotropic material concept, and combining it with two well-known brittle fracture criteria in the field of linear elastic fracture mechanics, namely the maximum tangential stress and the mean stress criteria, the experimental results of the failure of the U-notched laminated semi-circular bend composite specimens under pure mode II loading condition, were theoretically predicted by using new last-ply-failure load curves. It was revealed that the experimental results are in good agreement with the theoretical predictions.