تعيين يك رابطه عمومي براي درنظرگيري رشد چگالي ترك ماتريسي و جداشدگي ﺑين ﻻيهﺍي در مواد مركب متعامد تحت بارگذاري محوري براساس مدل تاخير برش ارتقاﻳافته

Determination of a general closed form relation for crack density and induced delamination evolution in cross ply laminates under uniaxial loading condition based on an extended shear lag model

در اين مقاله با استفاده از يك مدل تاخير برش ارتقايافته، با درنظرگيري اثرات تنش‌هاي برشي خارج صفحه اي، ميدانهاي تنش، كرنش، جابجايي و انرژي كرنشي در چندلايههاي كامپوزيتي متعامد نمونه [0m/90n]s محاسبه ميشود. در ادامه روابطي براي تعيين افت سفتي ناشي از وجود ترك ماتريسي در چندلايههاي كامپوزيتي متقارن متعامد ارايه ميشود و پارامترهاي خرابي ناشي از وجود ترك ماتريسي در ماتريس سفتي لايه كامپوزيتي تعريف ميگردند. در ادامه با استفاده از مفاهيم مكانيك شكست و با بكارگيري دو معيار بيشترين تنش و معيار انرژي كرنشي آزاد شده، رشد مكانيزم هاي خرابي نظير ترك ماتريسي و جداشدگيبين?يهاي حاصل از آن مطالعه مي شود و يك رابطه بسته تحليلي براي رشد خرابي در مواد مركب لايهاي برحسب تنش محوري اعمال شده ارايه ميگردد و در نهايت نتايج حاصل با نتايج تحليلي و تجربي موجود مقايسه ميگردد. نتايج ارايه شده نشان خواهد داد كه روابط ارايه شده در اين پژوهش در مقايسه با نتايج نيمه تحليلي قبلي داراي دقت مناسبتر و خطاي كمتر در مقايسه با نتايج تجربي ميباشند. لازم به ذكر است كه مدل ارايه شده در اين مقاله، قابل توسعه به چندلايههاي متقارن عمومي نيز ميباشد.

In the present study, using shear lag parameter in an extended shear lag model, by considering the effects of out of plane shear stresses, the stress fields distribution as well as strain fields and displacement distributions will be obtained for a typical [0m/90n]s cross ply composite laminate containing a specified matrix cracking density. Then, the stiffness degradation due to existence of matrix cracking in these cross-ply composite laminates will be evaluated and specific damage parameters that affect the stiffness matrix of composite ply will be defined. Furthermore, using the concept of fracture mechanics by applying two different criteria including the maximum stress and strain energy release rate, the matrix cracking initiation and evolution as well as induced delamination propagation will be studied. Finally, a closed form relation will be presented which predicts the evolution of matrix cracking under uniaxial loading conditions in cross-ply composite laminates. At last, the obtained results by the present study will be compared with available semi-analytical and experimental results. The obtained results reveal that the proposed closed form relations by the authors have less difference with experimental results in comparison with the previous semi analytic results.