مقايسه‌ي روش‌هاي تحليل عددي آسيب پيش‌رونده در اتصالات پيچي كامپوزيتي و ارايه مدلي جديد براي تحليل اتصالات پيچي

Comparison of numerical analysis methods for progressive damage analysis in composite bolted joints and suggestion of new method for bolted joints analysis

اتصالات به‌علت حساسيت بيشتر در برابر انتقال بار، تمركز تنش و ناهمگوني طرفين اتصال (جنس، هندسه و شرايط مرزي)، يكي از مهم‌ترين اجزا در سازه‌هاي كامپوزيتي هستند. تحليل عددي تمامي اتصالاتي كه در يك سازه‌ي بزرگ وجود دارد كار زمان‌بر و پر هزينه‌اي است. استفاده از معيارهاي مناسب براي يافتن بحراني‌ترين اتصال مكانيكي در مدل‌سازي دقيق اتصالات سازه‌هاي بزرگ، از اهميت بالايي برخوردار است. در اين مقاله به بررسي و مقايسه سه مدل المان محدود مختلف براي تحليل تخريب پيش‌رونده در اتصالات تك لبه‌ي تحت بار كششي در نرم افزار المان محدود آباكوس 6.11.1 پرداخته شد و مقادير سفتي (شيب قسمت خطي منحني بار جابه‌جايي)، استحكام (بيشينه نيرو)، منحني‌هاي بار جابه‌جايي در مدل‌هاي مختلف با مقادير تجربي مقايسه شد. همچنين زمان محاسباتي مدل‌هاي مختلف با هم مقايسه شد. پس از بررسي نتايج به‌دست آمده از اين تحقيق مشاهده شد كه مدل آجري پوسته‌اي(اصلاح شده) سفتي و استحكام را به‌خوبي پيش‌بيني مي‌كند. همچنين مدل تير پوسته سفتي را نسبتا خوب و استحكام را كمتر از واقعيت برآورد مي‌كند. بنابراين پيشنهاد شد كه اتصالات يك سازه‌ي بزرگ، با استفاده از مدل تير پوسته‌ مدل‌سازي شود و پس از تحليل،اتصالاتي كه دچار خرابي شدند با مدل آجري پوسته‌اي اصلاح شده جايگزين گردند و سازه دوباره تحليل شود.

Joints are the most important parts of composite structures, because of their more sensitivity to load transmission, stress concentration and adherents differences (in materials, geometries and boundary conditions). Numerical analysis of all mechanical joints in big structures is costly in time and memory usage. In big structures, precise numerical analysis of mechanical joints needs to an appropriate criterion to find the critical joint. In this paper different modeling methods on analysis of mechanical joints are compared to each others. The numerical analysis is done by means of ABAQUS 6.11.1 finite element (FE) code. Predicted elastic modulus, the joint strength (maximum force) and load displacement trends are compared with experimental results and time cost of modeling are compared to each others. Result study shown that the elastic modulus and the joint strength are better predicted in the improved Solid Shell model. Beam Shell model predicted a good elastic modulus in the joint, although the joint strength is predicted less than experiments. The final suggestion of this paper to time saving purpose in joint analysis of a big structure with many joints is to start the analysis of all joints with Beam Shell model and finding the failed mechanical joints. In second step, just the failed joints should be re model with improved Shell Solid model and the structure should be checked for joint failure again