اثرات فاز مياني بر خواص مكانيكي مواد مركب با توزيع اتفاقي الياف تحت بارگذاري خارج از محور

Interphase effects on the mechanical properties of randomly distributed fiber reinforced composites subjected to off-axis loading

بنيان روابط خواص- ساختاري مناسب براي مواد مركب سه فازي اصل مهمي براي چنين موادي جهت طراحي هاي مطمين مي باشد. در اين مطالعه، يك مدل تحليلي پايه ميكرومكانيكي سه بعدي جهت ارزيابي اثرات فاز مياني بر خواص مكانيكي مواد مركب اليافي سه فازي تحت بارگذاري خارج از محور ارايه مي شود. المان حجمي نماينده ي ماده مركب شامل سه فاز تقويت (الياف بلند)، زمينه و ناحيه فاز مياني مي باشد كه رفتار هر سه فاز بصورت ايزوتروپ و الاستيك خطي فرض مي شوند. آرايش الياف در زمينه بصورت اتفاقي با توزيع يكنواخت، فرض شده و الياف توسط فاز مياني احاطه مي شوند. اثرات فاز مياني مانند ضخامت و مدول يانگ آن بر خواص مكانيكي ماده مركب اليافي در بارگذاري خارج از محوري مورد بررسي قرار مي گيرد. همچنين اثرات درصد حجمي الياف با در نظر گرفتن فاز مياني و بدون آن بر پاسخ ماده مركب مورد مطالعه قرار مي گيرد. با تعريف پارامتري تحت عنوان نسبت تقويت فاز مياني، نتايج نشان مي دهد كه شدت اثر فاز مياني بر مدول يانگ ماده مركب از 0 درجه (بارگذاري طولي) تا 90 درجه (بارگذاري عرضي) افزايش مي يابد. نتايج بدست آمده با مدل ميكرومكانيكي حاضر مي-تواند جهت طراحي بهينه مواد مركب با بالاترين خواص مكانيكي مفيد باشد.

Establishing accurate structure–property relationships for three-phase composites is a fundamental task about reliable design of such materials. In this study, a three-dimensional micromechanics-based analytical model is presented to evaluate the effects of interphase on the mechanical properties of three-phase fibrous composites under off-axis loading. The representative volume element of composites consists of three phases including reinforcement (long fiber), matrix and interphase all three phases of which are assumed to be isotropic and linear elastic. The state of arrangement of fiber within the matrix materials is assumed to be random with uniform distribution and fibers are surrounded by the interphase. The effects of interphase such as its thickness and stiffness on the mechanical properties of fibrous composites under off-axis loading are investigated. Moreover, the influences of fiber volume fraction with and without considering interphase on the response of composite materials are examined. By introducing a parameter which is called the interphase reinforcement ratio, the results demonstrate that the intensity of interphase effects on Young’s modulus of composites increases from 0 degree (longitudinal loading) to 90 degrees (transverse loading). The obtained results by the present micromechanical model could be useful to optimal design of composite materials with superior mechanical properties.