تعيين تجربي چقرمگي شكست عرضي كامپوزيت شيشه اپوكسي بافته شده با استفاده از گيره جديد

Experimental determination of translaminar fracture toughness of a woven glass epoxy composite using new fixture

ترك از رايج‌ترين آسيب‌ها در سازه‌هاي كامپوزيت است. به‌عنوان مثال ترك‌هاي در راستاي ضخامت (شكست عرضي) مي‌توانند ناشي از برخورد غيرعمدي پرتابه با سازه‌هاي هوافضايي باشد. در اغلب پژوهش‌هاي انجام شده هدف مطالعه بر روي رشد ترك در بين لايه‌ها و بوجود آمدن پديده لايه‌لايه‌شدگي بوده است. در اين پژوهش براي مطالعه رشد ترك عرضي در كامپوزيت‌ها، نمونه‌هاي آزمون به شكل پروانه‌اي از جنس شيشه بافته شده و اپوكسي با لايه‌گذاري دستي و فرآيند اتوكلاو تهيه شد. آزمون نمونه‌ها در سه مد اول و مركب و دوم خالص با تغيير زاويه بارگذاري، بر پايه آزمايش آركان و با استفاده از گيره‌اي با طراحي نوين، انجام گرفت. نمودارهاي بار بحراني بر حسب جابجايي بدست آمدند. با استفاده از بار بحراني حاصل از آزمون و ضرايب بدون بعد شدت تنش استخراج شده از تحليل المان محدود توسط نرم‌ افزار آباكوس، چقرمگي شكست عرضي اين كامپوزيت تعيين گرديد. نتايج بيانگر اين است كه ماده كامپوزيت استفاده شده در اين تحقيق در شرايط بارگذاري كششي (مد يك) داراي چقرمگي عرضي بيشتري بوده و در بارگذاري‌هاي برشي (مد دو) ضعيف‌تر است. آناليز المان محدود با استفاده از خواص الاستيك كامپوزيت شيشه اپوكسي، كه از يك مدل كامپوزيت بافته‌شده همگن سازي‌شده بر اساس مدل ميكرومكانيك به‌دست‌آمد، انجام‌گرفت. در آخر، اثر ضخامت بر رفتار چقرمگي شكست عرضي كامپوزيت شيشه اپوكسي بافته‌شده مطالعه ‌شد.

Cracks in composite structures are the most common damages. For example, cracks in thickness direction (translaminar fracture) would be due to inadvertent impact of the projectile with the aerospace structures. Most of studies, so far, aimed at studying the interlaminar crack propagation and emergence of the delamination phenomenon. In this paper, in an attempt to study the translaminar crack propagation of composites, test specimens were prepared in the form of butterfly from a woven glass-epoxy composite by hand layup and the autoclave process. Experimental fracture tests were performed in the first mode, mixed-mode and the pure second mode by changing the loading angle, using a specially developed fixture, based on Arcan. Load versus displacement curves were obtained. Using critical loads of the tests and the dimensionless stress intensity factors, obtained from the finite element analysis by ABAQUS software, translaminar fracture toughness of the composite was determined. As the result, it can be seen that the opening mode translaminar fracture toughness is larger than the shearing mode toughness. This means that translaminar cracked specimen is tougher in tensile loading condition and weaker in shear. Finite element analysis was performed using effective elastic properties of the glass epoxy composite obtained from a homogenized woven composite model based on micromechanics. Finally, the effect of laminate thickness on the translaminar fracture toughness behavior of the glass epoxy composite has been studied.