مدل ديناميكي ساختاري- مايكرومكانيكي براي پيش‌بيني رفتار برشي ديناميكي كامپوزيت شيشه/اپوكسي

Dynamic constitutivemicromechanical model to predict dynamic shear behavior of glass/epoxy composites

به‌دليل كاربرد گسترده مواد پليمري، لازم است مدلي ساختاري وابسته به نرخ كرنش براي پيش‌بيني رفتار مكانيكي وابسته به نرخ كرنش اين دسته از مواد ارايه شود. در اين تحقيق، ابتدا مدل ساختاري ديناميكي تعميم‌يافته بر اساس نتايج آزمايشگاهي براي پليمرهاي مختلف ارايه مي‌شود. بدين منظور نتايج آزمايشي پليمرهاي گرماسخت و گرمانرم مختلف استفاده و مدل فوق ارزيابي مي‌شود. اين مدل شامل سه بخش است، كه بخش اول براي پيش‌بيني رفتار الاستيك پليمرهاي مختلف ارايه شده است. ضمنا، مدل در بخش دوم رفتار غيرخطي پليمرها را با اصلاح مدل ساختاري جانسونكوك و در بخش سوم، مدل حاضر استحكام نهايي پليمر را پيش‌بيني مي‌كند. در ادامه با تركيب مناسب مدل ساختاري ديناميكي تعميم‌يافته حاضر و مدل مايكرومكانيكي پلاستيسيته هوانگ، رفتار برشي كامپوزيت تك‌جهته شيشه/اپوكسي پيش‌بيني مي‌شود. مدل فوق كه مدل ديناميكي ساختاريمايكرومكانيكي ناميده مي‌شود، توانايي پيش‌بيني رفتار ماده در مقادير دلخواه از كسرحجمي الياف و نرخ كرنش را داراست و بدين ترتيب نياز به انجام آزمايش‌هاي مشخصه‌سازي را به نحو چشمگيري كاهش مي‌دهد. در انتها نشان داده مي‌شود كه مدل ساختاري ديناميكي تعميم‌يافته و مدل ديناميكي ساختاريمايكرومكانيكي به‌ترتيب رفتار وابسته به نرخ كرنش پليمرهاي خالص و كامپوزيت‌ها را به‌خوبي پيش‌بيني مي‌كنند.

Due to the wide applications of polymeric materials, it is necessary to develop a dynamic constitutive model to investigate their strain rate dependent mechanical behavior. In this study, the generalized strain rate dependent constitutive model was developed based on the experimental results of polymers. The experimental data of thermoset and thermoplastic polymers were used to evaluate the model. The present model includes three main components; the first component expresses the elastic stressstrain behavior of polymers. The second component models the nonlinear stressstrain behavior of the material using the JohnsonCook model and the third component predicts the ultimate strength of polymers. Then, by combining the generalized strain rate dependent constitutive model and the plasticity micromechanical model of Huang, the shear behavior of glass/epoxy composites is predicted. This model, called dynamic constitutivemicromechanical model, removed dependency of composite mechanical behavior to the fiber volume fraction and the strain rate. Therefore, experimental characterization was reduced significantly. Finally, it was shown that the generalized strain rate dependent constitutive model and the dynamic constitutivemicromechanical model predicted the mechanical behavior of neat polymers and glass/epoxy composites respectively, with good accuracies