تحليل ترك خوردگي ماتريسي و جدايي بين لايه اي چندلايه هاي كامپوزيتي متقارن تحت بارگذاري استاتيكي به روش خرابي چندمقياسي

Matrix Cracking and Induced Delamination in Symmetrically Laminated Composites Subjected to Static Loading by using Multi Scale Damage Mechanics

در اين تحقيق، خرابي ترك خوردگي ماتريسي و جدايي بين لايه اي ناشي از ترك ماتريسي در چندلايه هاي متعامد [0n/90m]s و زاويه اي [θ/-θ]s تحت بارگذاري كششي و برشي با روش خرابي تك لايه بررسي شده است. ميدان تنش و جابجايي با استفاده از فرضيات و شرايط مورد نظر و با به كارگيري روش بهبود لايه اي تعيين مي شوند. هم چنين، با استفاده از فرض بسته شدن ترك لايه حاوي خرابي، روابط دروني مابين خواص لايه حاوي خرابي و لايه سالم استخراج شد. با به كارگيري روابط دروني و ميدان تنش و كرنش به دست آمده خواص لايه حاوي خرابي پيش بيني شده و با استفاده از نتايج افت سفتي، نرخ رهايي انرژي كرنشي ناشي از خرابي هاي ترك ماتريسي و جدايي بين لايه اي محاسبه شد. نتايج به دست آمده، با روش حساب تغييرات، روش اجزاء محدود و مشاهدات و نتايج آزمايشگاهي مقايسه شدند. هماهنگي خوبي بين نتايج افت خواص مكانيكي روش تك لايه با روش هاي حساب تغييرات، روش اجزاء محدود و مشاهدات و نتايج آزمايشگاهي مشاهده شد. با مقايسه نتايج نرخ رهايي انرژي روش تك لايه و روش هاي حساب تغييرات و روش اجزاء محدود مشاهده شد كه نتايج روش تك لايه به دليل اختلاف در شيب تغييرات سفتي همراه با خطا است. در نهايت، دقت و صحت روش مايكرومكانيكي تك لايه در پيش بيني خواص چندلايه حاوي خرابي و عدم دقت نتايج نرخ رهايي انرژي حاصله اثبات شد.

Matrix Cracking and induced delamination in symmetric cross-ply, [0m/90n]s, and angle-ply, [θ/-θ]s, laminated composites under axial and shear loading are studied by multi-scale micro-meso approach. The stress transfer model is implemented to predict the stress and displacement distribution incorporated with the ply-refinement technique in laminates. By considering crack closure condition, a series of useful inter-relationships between thermo-elastic constants for damaged and corresponding undamaged laminates are derived. By using both of stress and displacement fields and these inter-relationships the properties of damaged laminated structure are achieved. These obtained properties are used to calculate the energy release rate in load control condition for the initiation and growth of matrix cracking and induced delamination in cross-ply symmetric laminates with [0m/90n]s layup. The obtained results of mechanical properties degradation show a good agreement with the results of experiments, variational approach and finite element methods (FEM) existed in literature. By comparing the results of the energy release rate of single-layer method with variational approach and finite element methods, it was observed that the results of proposed single-layer have a considerable error due to differences in slop of stiffness versus crack density. Finally, the accuracy of single-layer micromechanical approach in predicting the mechanical properties and inaccuracies in predicting of energy release rate was confirmed.