پيش‌بيني عمر خستگي چند لايه‌هاي متعامد متقارن كامپوزيتي با توسعه مدلي در چارچوب مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته

Fatigue life prediction of symmetric cross ply laminated composite using a developed continuum damage mechanics based model

كامپوزيت‌ها به‌دليل وجود مكانيزم‌هاي مختلف آسيب و تفاوت در رشد و تأثير اين مكانيزم‌ها بر يكديگر، نسبت به فلزات داراي پيچيدگي بيشتري مي‌باشد. در اين تحقيق يك مدل مبتني بر مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته براي پيش بيني عمر چندلايه‌هاي متعامد متقارن كامپوزيتي تحت بارگذاري خستگي ارائه شده است. ثوابت الاستيك ماده بر پايه روش مايكرومكانيكي برحسب ثوابت الاستيك الياف و رزين به‌دست مي‌آيند. در مدل ارائه شده بر پايه مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته دو متغير آسيب الياف و رزين معرفي شده به بررسي افت سفتي در سطح يك لايه مي‌پردازند، به‌همين دليل مدل ارائه شده مستقل از لايه‌چيني قادر به پيش‌بيني سفتي باقيمانده و عمر چندلايه‌هاي متعامد كامپوزيتي تحت وضعيت‌ها و نسبت‌هاي مختلف تنش خواهد بود. ثوابت مادي مدل ارائه شده با استفاده از تست‌هاي خستگي كشش كشش روي تك‌لايه‌ قابل تعيين مي باشد. نمودار افت سفتي پيش‌بيني شده توسط مدل ارائه شده با نتايج حاصل از آزمايش‌هاي موجود در مراجع روي تك‌لايه‌ها مقايسه شده است. همچنين اعتبار سنجي مدل بر پايه آزمايشات موجود روي چندلايه متعامد صورت گرفته كه نتايج حاصل شده داراي دقت مناسبي هستند.

Composite materials behavior is complicated more than metallic material because of different mechanisms of damage, damage growth rate and effect of them in each other. In this paper, a continuum damage mechanic based model is proposed to predict the fatigue life of symmetric cross ply laminated composites under fatigue loading. According to fiber and matrix elastic properties, Elastic material constants of lamina are defined base on micromechanical approach. Two damage variable of matrix and fiber direction are considered to explain stiffness degradation on the scale of the plies, which thus makes it possible to use in any stacking sequences of cross ply laminated composites. Also, it is capable to predicted fatigue life and residual stiffness of laminates under different states of stress and stress ratio. The available tension tension fatigue tests on 0◦ and 90◦ unidirectional laminates are used to identify material parameters of damage evolution equations in matrix and fiber direction. Finally, the stiffness degradation and final failure cycle of laminates during the fatigue loading on unidirectional plies and cross ply layups are compared with available experiments. The obtained results are show a good agreement with the experiments.