بكارگيري تئوري مكانيك شكست براي پيش بيني عمر خستگي ورقهاي چندلايه متعامد

Fatigue life prediction of cross-ply laminated composite plates using the kinetic theory of fracture

در اين مقاله از تئوري مكانيك شكست براي پيش بيني عمر خستگي ورق هاي چندلايه متعامد پايه پليمري تحت بارگذاري متناوب استفاده شده است. در اين رويكرد ابتدا سهم تنش در هر كدام از لايه ها با استفاده از تئوري كلاسيك تعيين مي شود و سپس با به كارگيري تئوري جنبشي شكست مقادير پارامترهاي خرابي در اجزاي هر لايه يعني الياف و ماتريس آن به صورت جداگانه محاسبه مي شود. با انجام اين روند و به كارگيري مدل خرابي پيش رونده خواص الياف و ماتريس كاهش يافته و به تبع آن خواص لايه ها تغيير مي يابند. اين امر سبب تغيير در سهم تنش هر لايه و در نتيجه تنش هاي فايبر و ماتريس مي شود. به اين ترتيب عمر چندلايه عمري خواهد بود كه مقدار پارامتر خرابي الياف يا ماتريس در تمام لايه ها به مقدار بحراني 1 برسد. در اين رويكرد به منظور تعيين پارامترهاي مادي موجود در رابطه تئوري جنبشي شكست براي ماده الياف و ماتريس از نتايج تست هاي آزمايشگاهي روي لايه هاي تك جهته با زواياي 0 و 90 درجه استفاده مي شود. ويژگي اصلي مدل ارائه شده كاهش چشمگير ميزان تست هاي آزمايشگاهي موردنياز نسبت به روش هاي متداول است. به منظور اعتبارسنجي مدل حاضر، نتايج خستگي به دست آمده با نتايج آزمايشگاهي موجود براي ورق هاي تك لايه با زواياي مختلف و چندلايه متعامد مقايسه شده كه تطابق بسيار خوبي بين نتايج مشاهده شده است.

In this paper the kinetic theory of fracture is employed to predict fatigue life of composite cross-ply laminates. To this end, carrying stress in each layer is determined based on classical plate theory. Then using the rate dependent kinetic theory of fracture, damage index for constituents of each layer, matrix and fiber, are determined separately. According to these values, mechanical degradation model are applied separately for fiber and matrix material properties and the overall property of each layer will be updated. In this way carrying stress in each layer and consequently in fiber and matrix will be changed and fatigue failure is take place when value of fiber or matrix damage index in all layers of cross-ply laminated composite rises to the critical value. In this approach material parameters in fiber and matrix kinetic theory of fracture equations will be determined using experimental fatigue data for the longitudinal (θ= 0°) and transverse (θ= 90°) unidirectional, respectively. The huge advantage of this micromechanical model is reduction in amount of experimental test. Results from presented model show good agreement with experimental result presented by other researchers on cross-ply laminated composite plates.