بررسي تجربي و عددي شكست بين لايه اي كامپوزيت بافتي شيشه - اپوكسي تحت بارگذاري مود مركب I/II

Experimental an‎d Numerical Investigation Of In-Plane Interlaminar Fracture Of Woven Glass-Epoxy Composite Under Mixed-Mode Loading Conditions

امروزه كامپوزيت هاي بافتي به دليل داشتن مزايايي نظير مقاومت بالا در برابر بارهاي ضربه اي در مقايسه با كامپوزيت هاي تك جهته، محبوبيت زيادي براي استفاده در زمينه هاي مختلف از جمله صنايع هوا فضا پيدا كرده اند. با اين وجود لايه هاي كامپوزيت بافتي به دليل وجود تنش هاي بين لايه اي، حساسيت بسيار زيادي به ترك هاي موجود بين لايه اي و جدايش لايه ها دارند. در اين راستا روش هاي متعدد عددي و تجربي براي بررسي خواص شكست مواد مركب ارائه و توسعه يافته اند. در اين تحقيق، شكست بين لايه اي يك ماده كامپوزيت بافتي ساخته شده از پارچه شيشه بافته با زواياي 0 و 90 درجه و زمينه اپوكسي تحت بارگذاري مود مركب داخل صفحه I/II و با به كارگيري فيكسچر بهبود يافته مورد مطالعه قرار گرفته است. طراحي فيكسچر بهبود يافته كه معايب روش هاي تست قبلي را برطرف كرده به گونه اي است كه تست حالت هاي مختلف بارگذاري مود مركب داخل صفحه، از حالت مود خالص I (زاويه 0 درجه) تا مود خالص II (زاويه 90 درجه) و هر حالت تركيبي بين آنها را امكان پذير مي سازد. ضرايب بي بعد شدت تنش براي مود اول و مود دوم با استفاده از تحليل اجزاء محدود توسط نرم افزار آباكوس به دست آورده شده است. نمودارهاي نيرو- جابجايي از تست هاي تجربي فراهم شده اند و بارهاي بحراني جهت تخمين نرخ رهايي انرژي كرنشي بحراني بين لايه اي از آنها استخراج گرديده است. نتايج نشان مي دهد كه ماده كامپوزيت استفاده شده در اين مطالعه در شرايط بارگذاري برشي داراي چقرمگي بيشتري بوده و در بارگذاري هاي كششي (مود I) ضعيف تر است.

Polymeric composite materials are widely used in aerospace, marine, automobile and other industries. These materials are often subjected to different defects and damages from in-service and manufacturing conditions. Interlaminar fracture or delamination is the most important of these defects. In this paper numerical and experimental study of the interlaminar mixed-mode fracture behavior of woven glass epoxy composite is performed using recently modified Arcan fixture. Mixed-mode fracture tests from pure mode I to pure mode II were performed by varying the loading angle, α from 0o to 90o. Finite-element analyses were done by ABAQUS and mode-I and mode-II non-dimensional stress intensity factors, fI (a/w) and fII (a/w) respectively, were obtained for various a/w ratios and different loading angles (mixed-mode). As the result, it can be seen that the shearing mode interlaminar fracture toughness is larger than the opening mode. This means that interlaminar cracked specimen is tougher in shear loading condition and weaker in tensile.