تحليل خرابي چند‌لايه‌هاي كامپوزيتي با سوراخ مركزي با استفاده از مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته

Damage analysis of holed composite laminates using continuum damage mechanics

مدل‌هاي خرابي مبتني بر مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته در دهه‌هاي اخير مورد توجه محققينِ حوزه‌ي خرابي در كامپوزيت‌ها قرار گرفته است. اين مدل‌ها با درنظر گرفتن اثرات خرابي روي خواص مكانيكي كامپوزيت مورد بررسي و بدون مدل‌ كردن دقيق هندسه‌ي خرابي، توانسته‌‌ است كه طيف وسيعي از مود‌هاي خرابي، بارگذاري‌ها و لايه‌چيني‌ها را تحليل كند. اين مقاله به تحليل خرابيِ يك چند‌لايه‌ي كامپوزيتيِ داراي سوراخ مركزي، با استفاده از مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته مي‌پردازد. در اين مطالعه از مدل خرابي لادووز براي تحليل خرابي استفاده شده است كه در آن كرنش‌هاي ماندگار و افت سفتي ناشي از وقوع خرابي در چند‌لايه محاسبه مي‌شود. اين مدل به صورت زيربرنامه تعريف مدل‌هاي مادي در نرم‌افزار اجزاء محدود آباكوس پياده شده و تحليل خرابي براي چهار لايه‌چيني‌ s[902/02]، s[90/0/90/0]، s[ 452 /452] و s[45 /45/90/0] انجام گرفته است. نتايج حاصل از تحليل عددي شامل چگونگي رشد و گسترش پارامتر‌هاي خرابي، كرنش‌هاي ماندگار و كانتور تنش براي لايه‌چيني‌هاي مختلف ارائه شده است. علاوه بر اين، آناليز حساسيت نسبت به اندازه سوراخ براي بررسي تاثير اندازه‌ي سوراخ بر استحكام چندلايه انجام شده و همچنين تاثير تغيير پارامتر مادي كرنش ماندگار بر اندازه‌ي كرنش‌هاي ماندگار‌ مورد بررسي قرار گرفته است. در اين تحليل مشخص شده است كه با افزايش قطر سوراخ، استحكام چند‌لايه كاهش پيدا مي‌كند و با بزرگ‌تر شدن پارامتر مادي كرنش ماندگار اندازه‌ي كرنش‌هاي ماندگار عرضي افزايش مي‌يابد.

In recent decades, continuum damage mechanics based models, has been of interest to researchers in the area of damage in composites. These models with considering the effects of damage on the mechanical properties of composites and without considering detailed phenomenon of the damage, can analyze wide range of failure modes, loadings and layups. The aim of this paper is to analyze holed composite laminates using continuum damage mechanics. The general damage theory that serves as the foundation for the model of this paper is the model proposed by Ladeveze, which involves damage and inelastic strains to estimate residual stiffness. The Ladeveze model is implemented in a user material defined subroutine of the ABAQUS software, to analyze four different laminate sequences of [02/902]s, [0/90/0/90]s, [452/ 452]s, and [0/90/45/ 45]s. The analysis includes initiation and growth of damage parameters, subsequently a parametric study for the influence of diameter of hole and the inelastic strain material constant in Ladeveze model. Hence, it was shown that increasing the hole diameter, reduces the laminate strength, while the inelastic strain material constant is proportional to transverse inelastic strains