بررسي تنش گذراي ناشي از شكسته شدن الياف در اتصال چسبي تك‏لبه

Transient stress analysis in adhesive single lap joints of a composite material due to fiber breakage

در اين تحقيق، توزيع تنش گذراي ايجاد شده در اثر شكسته شدن الياف در اتصال چسبي بررسي شده است. تنش گذرا، پاسخ ديناميكي سيستم در اثر ايجاد ناپيوستگي در الياف، از لحظه گسسته شدن تا لحظه رسيدن به‏ حالت تعادل است. به منظور بررسي اين رفتار، معادلات حاكم بر حركت الياف در اتصال چسبي با ابعاد محدود در حضور گسستگي استخراج شده و تاثير تعداد الياف شكسته شده و جابه‏جايي محل گسستگي در راستاي الياف و عمود بر آن، بر توزيع تنش گذراي سازه مركب بررسي شده است. براي استخراج معادلات جابه‏جايي الياف، از مدل شيرلگ و براي حل معادلات، از روش تفاضل محدود صريح استفاده شده است. در ادامه، تاثير تغيير جنس الياف و ضخامت لايه چسبي، بر توزيع تنش نيز بررسي شده است. نتايج، نشان مي‌دهد كه با افزايش تعداد الياف گسسته شده و جابه‏جايي محل گسستگي به‏سمت لبه‏ها، ضريب تمركز تنش در سازه مركب افزايش مي‏يابد. مضافا، ميزان تنش برشي ايجاد شده در ماتريس و چسب با افزايش مدول الاستيسيته الياف كاهش مي‌يابد، به‏گونه‏اي‏كه ماكزيمم تنش برشي در اتصال با الياف از جنس شيشه ( ) و گرافيت ( )، به‏ترتيب براي ماتريس 861/0 و 463/0 و براي چسب 192/3 و 409/2 مگا پاسكال است.

In this research, the transient stress distribution in an adhesive joint due to fiber breakage has been investigated. Transient stress is a dynamic response of the joint to the fiber discontinuities till their static equilibrium state. To study this behavior, equations governing the motion of fibers in the matrix, due to their breakage, are derived and the effect of number of broken fibers and their location is studied on transient response of the structure. Shear lag model is used to extract fiber displacement. The equilibrium equations are solved using the explicit finite difference method. The effect of fiber material and adhesive thickness is also studied on stress distribution. Results show that for an increase in the number of broken fibers, and for locations of fiber breakage closer to the edges of the joint, the stress concentration in the composite structure increases. Moreover, the shear stress created in the matrix and the adhesive layer is reduced with an increase in fiber elastic modulus, such thatfor glass and graphite fibers (E=74 and 130 GPa respectively), the maximum shear stresses in the adhesive are 0.861 and 0.461 MPa, while in the adherends, they are equal to 3.192 and 2.409 MPa respectively.