تعيين كمّي مكانيزم‌هاي خرابي در چند لايه‌هاي كامپوزيتيِ سوراخ‌دار با روش‌هاي نشرآوايي و المان محدود

Quantification of damage mechanisms in holed composite laminates by acoustic emission and finite element methods

كامپوزيت‌هاي پليمري تقويت شده با الياف، علي‌رغم داشتن خواص مكانيكي مطلوب همچون نسبت استحكام به وزن و سفتي بالا، مستعد ايجاد انواع خرابي‌ها هستند. در اين پژوهش، با استفاده از روش‌هاي نشرآوايي و المان محدود، مكانيزم‌هاي مختلف خرابي در نمونه‌هاي سوراخ‌دار شيشه/ اپوكسي تحت بارگذاري كششي بررسي مي‌شوند. خرابي‌هاي مورد بررسي در اين پژوهش عبارتند از: ترك خوردگي ماتريس، جدايش الياف از ماتريس و شكست الياف. بدين منظور ابتدا نمونه‌هاي سوراخ‌دار استاندارد شيشه/اپوكسي با دو نوع لايه چيني [0]5S و [90]5S تحت بارگذاري كششي قرار گرفتند. سپس با استفاده از روش نشرآوايي و روش المان محدود مكانيزم‌هاي خرابي در نمونه‌ها‌ شناسايي شده و درصد هر مكانيزم خرابي به صورت كمي تعيين مي‌شود. در روش نشرآوايي از تبديل موجك براي تعيين درصد مكانيزم هاي خرابي استفاده شده است. سپس از روش المان محدود به منظور صحت‌سنجي نتايج تبديل موجك استفاده مي‌شود. در شبيه‌سازي المان محدود از معيار خرابي هشين براي تعيين مقدار كمي مكانيزم‌هاي خرابي‌ استفاده شد. با توجه به تطابق قابل قبول نتايج روش نشرآوايي و روش المان محدود، مي‌توان از روش نشرآوايي به منظور تعيين خرابي‌ها در سازه‌هاي كامپوزيتي و تخمين عمر باقي‌مانده سازه‌ها استفاده نمود

The laminated composites have many advantages such as high specific strength and specific stiffness. Despite of these advantages, they are prone to different damage mechanisms. This paper focuses on quantification of damage mechanisms in standard OpenHole Tensile (OHT) laminated composites using Acoustic Emission (AE) and Finite Element Method (FEM). These damages include three main mechanisms, matrix cracking, fiber/ matrix debonding and fiber breakage. To this aim, OHT tests were carried out. The specimens fabricated from two types of glass/epoxy composite materials with [0]5S layup and [90]5S layup. AE accompanied with waveletbased approach was then used to detect and quantify damage mechanisms of the specimens. FE analysis based on Hashin criteria was then utilized to simulate the damage mechanisms in the specimens and to validate the AEwavelet based results. The comparison of applied methods show that the results of the AEwavelet based approach are in very good agreement with the FEM results. Finally, it was concluded that the AE method has a good applicability to determine the damage mechanisms in laminated composite structures and to predict the remaining lifetime of the structure.