پيش‌بيني عمر خستگي چند‌لايه‌هاي كامپوزيتي تحت وضعيت بارگذاري خستگي چندجهته با استفاده از مدل مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته توسعه يافته

Fatigue life prediction of laminated composites under multiaxial fatigue loading condition by using developed continuum damage mechanics model

نسبت مقاومت و سفتي به وزن بالا، از مهم‌ترين مزيت‌هاي كامپوزيت‌ها بوده كه باعث كاربرد گسترده اين مواد در صنايع مختلف شده است. كامپوزيت‌ها به‌دليل وجود مكانيزم‌هاي آسيب مختلف و نرخ متفاوت رشد و تأثير اين مكانيزم‌ها بر يكديگر نسبت به فلزات داراي پيچيدگي بيشتري مي‌باشد. در اين مقاله، به‌‌منظور پيش‌بيني عمر خستگي و شبيه‌سازي افت سفتي در چندلايه‌هاي كامپوزيتي تحت بارگذاري خستگي مدلي مبتني بر مكانيك خرابي محيط‌هاي پيوسته توسعه داده شده است. متغيرهاي آسيب براي شبيه‌سازي افت خواص الاستيك در رزين، الياف و جهت برشي در نظر گرفته مي‌شوند. ثابت‌هاي مادي در قوانين رشد آسيب رزين، الياف و جهت برشي، از آزمايشات روي چند‌لايه‌هاي تك‌جهته ،  و چندلايه متعامد  قابل استخراج مي‌باشد. به‌منظور ارزيابي مدل در بارگذاري چندجهته، نسبت‌هاي تنش متفاوت و وضعيت‌هاي تنش دلخواه از نتايج تجربي در دسترس بر روي چند‌لايه‌هاي تك‌جهته كامپوزيتي ،  و  تحت بارگذاري كششي استفاده شده است. همچنين به‌منظور ارزيابي مدل براي چندلايه‌هاي كامپوزيتي داراي تمركز تنش از نتايج آزمايشي بر روي چندلايه متعامد  و تحت بارگذاري پين استفاده شده است. نتايج حاصل بيانگر توانايي مدل در پيش‌بيني عمر خستگي چند‌لايه‌هاي تك‌جهته و متعامد كامپوزيتي تحت بارگذاري تك‌جهته و چند‌جهته و در وضعيت‌هاي مختلف تنش مي‌باشد.

One of the main advantages for the increasing engineering application of composites in weightcritical structural applications is their high specific stiffness and strength. Composite materials behavior is complicated more than metallic material because of different mechanisms, damage growth rate and effect of them in each other. In this paper, a continuum damage mechanics based model is developed to simulate stiffness degradation and fatigue life prediction of laminated composites under fatigue loading conditions. Damage parameters are used to estimate the degradation of elastic properties in matrix, fiber and shear direction. The material properties of the damage evolution equations are derived by testing on 0° and 90° unidirectional plies and  crossply laminate. To evaluate the model under multiaxial fatigue loading, arbitrary states of stress and stress ratio available results of experiments on unidirectional 90 , 0  and 30  plies under fatigue loading conditions are used. Also, to evaluate the model for composite laminates with stress concentration results of experiments of pinloaded crossply  laminate are used. The obtained results show the capability of proposed model in fatigue life prediction of unidirectional and crossply laminates under uniaxial and multiaxial fatigue loading with different states of stress.