تحليل ميكرومكانيكي خرابي ماده مركب زمينه تيتانيومي با الياف كوتاه تحت اثر بارگذاري محوري مركب

Micromechanical damage analysis of short fiber titanium matrix composites under combined axial loading

در اين مقاله، يك مدل ميكرومكانيكي بر مبناي سلول واحد براي پيش بيني پاسخ الاستيك-ويسكوپلاستيك ماده مركب الياف كوتاه هم-راستاي زمينه تيتانيوم، تحت اثر بارگذاري محوري مركب با وجود خرابي لايه مياني الياف/زمينه ارايه مي شود. همچنين اثرات تنش پسماند حرارتي ناشي از فرايند ساخت ماده مركب الياف كوتاه در اين تحليل در نظر گرفته مي شود. المان حجمي نماينده ماده مركب الياف كوتاه شامل c×r×h سلول در 3 بعد است كه در آن يك چهارم الياف توسط سلول هاي زمينه احاطه مي شوند. براي بدست آوردن منحني تنش-كرنش الاستيك-ويسكوپلاستيك رفتار الياف و زمينه به ترتيب الاستيك و الاستيك-ويسكوپلاستيك فرض مي شوند. براي تحليل خرابي لايه مياني، مدل جدايي لايه مياني با نرمي گشايشي استفاده مي‌شود. اين مدل اجازه پيشرفت جدايي به واسطه رهايش تنش هاي لايه مياني را حين ادامه بارگذاري كلي بر ماده مركب، مي دهد. نتايج بارگذاري تك محوري و دو محوري مشخص كرده است كه براي حصول پيش بيني-هاي دقيق تر، در مقايسه با نتايج تجربي و مدل هاي ديگر در دسترس، بايد هر دو عامل خرابي لايه مياني و اثر تنش پسماند حرارتي در مدل اعمال شود.

In this paper, a unit cell based micromechanical model is presented to predict the elastic-viscoplastic response of aligned short fiber titanium matrix composites subjected to combined axial loading in the presence of fiber/matrix interfacial damage. The effects of manufacturing process thermal Residual Stress (RS) are also included in the analysis. The representative volume element (RVE) of the short fiber composites consists of c×r×h cells in three dimensions in which a quarter of the short fiber is surrounded by matrix sub-cells. In order to obtain elastic-viscoplastic curves, the fiber is assumed to be linear elastic, while the matrix exhibits elastic-viscoplastic behavior. The Evolving Compliance Interface (ECI) model is employed to analysis interface damage. This model allows debonding to progress via unloading of interfacial stresses even as global loading of the composite continues. Results revealed that for more realistic predictions, in comparison with available experimental and the other models results, both interfacial damage and thermal residual stress effects should be considered in the analysis.