بررسي پيشروي آسيب در ورق‌هاي كامپوزيتي تحت بار خستگي خمشي

Progressive damage analysis of laminated composite plate subjected to bending fatigue

در اين تحقيق ورق كامپوزيتي تحت بار خستگي ناشي از بار خمشي با استفاده از تيوري كاهش استحكام مدل‌سازي شده و اثر زاويه الياف و چينش لايه ها در عمر خستگي آن مورد بررسي قرار گرفته است. در ابتدا خيز ورق تحت بار خمشي با استفاده از تيوري ناوير براي شرط مرزي تكيه گاه ساده بدست آمده و توزيع تنش در لايه‌هاي كامپوزيت با استفاده از اين حل استخراج شده است. سپس با استفاده از تيوري كاهش استحكام بروتمن و ساها، ميزان كاهش استحكام و كاهش سفتي براي هر لايه در هر مرحله از بارگذاري، بدست آمده و مقادير جديد بدست آمده براي استحكام و مدول هر لايه در سيكل بعدي بارگذاري مورد استفاده قرار گرفته است. اين مراحل تكرار شده است تا سرانجام تك تك لايه ها در راستاي الياف و ماتريس شروع به خستگي و شكست نمايند. در اين مرحله از تيوري قاعده كاهش ناگهاني براي مدل كردن شكست يك لايه از لايه‌هاي كامپوزيت استفاده شده است. در حل مساله، فرايند شكست لايه‌ها تا زمان شكست ناگهاني كل ورق كامپوزيتي ادامه مي‌يابد. با استفاده از اين مدل ميزان عمر خستگي تك تك لايه ها و اثرات شكست يك لايه بر رفتار لايه‌هاي ديگر تا رسيدن به شكست نهايي كل سازه مورد بررسي قرار گرفته است. در قسمت نتايج عددي عمر خستگي براي ورق كامپوزيتي از جنس كربن- اپوكسي با زواياي مختلف و چينش متفاوت لايه‌ها مورد بررسي قرار گرفته است و نتايج حاصل با يكديگر مقايسه شده است.

In this paper, a laminated composite plate that was subjected to bending fatigue load was modeled based on the strength degradation theory of the composites. Also, effects of the fiber directions in the layers and layer stacking on the fatigue life of the plate were studied. First, the governing equation of the laminate plate in bending was obtained by the Navier theory. Then, by solving the governing equation, the deflection and stresses in the plies of each layer were obtained. Finally, using the Brotman-Sahu strength degradation theory, reduction of strength and stiffness in each layer of the plate in each loading step was determined. The data obtained in each step were used to specify the data and material properties of the next solution step. This process was repeated until a fatigue failure in the fiber or matrix began in one or more layers. Using the sudden death theory and iteration of the solution process, the final fatigue life of symmetric laminates with various stacking and fiber direction was investigated. In the numerical results, the carbon/epoxy composite laminate with different layer stacking was studied.