بررسي مكانيك آسيب تجربي، تحليلي و عددي كامپوزيت متعامد داراي ترك ماتريس

هرگاه يك ورق كامپوزيتي چندلايه، تحت بارگذاري كششي شبه¬استاتيك يا بارگذاري خستگي قرار گيرد، چندين نوع آسيب در آن ايجاد مي¬شود؛ از جمله ترك¬هاي ماتريس، ترك¬هاي ثانويه و لايه¬لايه¬شدگي. اولين نوع آسيب، ترك¬هاي ماتريس¬اند كه در لايه¬هاي داراي زاويه نسبت به جهت بارگذاري بوجود مي¬آيند. اين ترك¬ها اگرچه منجر به گسيختگي نمي¬شوند، اما خواص مكانيكي معادل ورق كامپوزيت را كاهش مي¬دهند و مي¬توانند باعث واماندگي سازه گردند. در اين مقاله، يك مدل تحليلي غيرخطي جديد، براي پيش¬بيني كاهش سفتي ورق¬هاي كامپوزيت متعامد ارائه و بكار گرفته مي¬شود. بدين منظور، يك تابع چندجمله¬اي درجه سوم بعنوان انرژي آزاد هلمهولز پيشنهاد و پس از بررسي تحليلي تابع پيشنهادي، روابط مربوطه استخراج مي¬گردند. سپس براي اعمال روند افزايش تعداد ترك¬هاي ماتريس در روابط، يك آزمايش تجربي ميكروسكوپي طراحي و در مورد كامپوزيت متعامد شيشه/اپوكسي استفاده مي¬شود. همچنين براي تعيين ثوابت آسيب موجود در روابط استخراج¬شده، مدل¬هاي ميكرومكانيكي اجزا محدود به همراه شرايط مرزي تناوب (PBC) بكار مي¬رود. نتايج اين مدل با شبيه¬سازي¬هاي عددي ميكرومكانيكي سه¬بعدي، آزمايش¬هاي تجربي بارگذاري-باربرداري تك¬محوره شبه¬استاتيك و پژوهش¬هاي پيشين صحت¬سنجي مي¬گردند. نتايج نشان مي¬دهند كه مدل پيشنهادي نسبت به مدل¬هاي خطي و غيرخطي پيشين، پيش¬بيني¬هاي دقيق¬تري ارائه مي¬كند. همچنين با استفاده از روش ميكروسكوپي پيشنهادي، روند افزايش تعداد ترك¬هاي ماتريس به راحتي شناسايي مي¬گردد.