پيش‌بيني استحكام نمونه‌هاي حلقوي كامپوزيتي با روش آسيب پيش‌رونده

Strength Prediction of Woven Composite Rings using Progressive Damage Analysis

در مقاله حاضر با استفاده از روش‌هاي چندمقياسي، معياري براي پيش‌بيني شروع و رشد آسيب در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي بافته شده صفحه‌اي جهت پيش‌بيني استحكام آنها ارائه شده است. بدين منظور با مدل‌سازي حجمك نماينده و با محاسبه تنش‌هاي ميكروسكوپيك، آسيب در يارن‌ها و رزين مورد بررسي قرار گرفته است. سپس با بهره‌گيري از شرايط مرزي مناسب، تنش‌ها و كرنش‌هاي ماكروسكوپي حجمك نماينده براي به‌دست آوردن مؤلفه‌هاي ماتريس سفتي معادل محاسبه شده‌اند. با توسعه زيرروال‌هاي "UMAT" و "USDFLD" در نرم‌افزار آباكوس، حلقه‌هاي كامپوزيتي بافته شده شبيه‌سازي و ‌به‌صورت ‌پيش‌رونده استحكام نهايي آنها پيش‌بيني شده است. ‌به‌منظور اعتبار‌‌سنجي نتايج عددي، نمونه‌هاي حلقوي با استفاده از پارچه بافته شده شيشه به عرض پنج ‌‌سانتي‌متر و رزين اپوكسي متناسب با ابعاد استاندارد ASTM-D2290 ساخته شده و تحت آزمون كشش قرار گرفته‌اند. نتايج عددي و تجربي همخواني خوب بين نتايج عددي و آزمايشگاهي صحت ‌‌مدل‌هاي عددي توسعه داده شده در اين پژوهش را نشان مي‌دهد.

In this paper A progressive damage model based on multi-scale modeling has been developed to predict the initiation and propagation of damage in plain weave fabrics. For this purpose, microscopic damage in yarns and resin is calculated by an RVE (Representative Volume Element) FE simulation. By applying suitable boundary conditions of RVE, macro-scale average stresses were derived to extract the components of the equivalent stiffness matrix. Finally, by developing UMAT and USDFLD subroutines in the ABAQUS commercial software, the strength of the woven composite rings is predicted numerically. In order to confirm the numerical predictions, composite rings using the woven glass tapes of 5 cm width and epoxy resin are fabricated according to ASTM D2290 and tested. A good correlation between experimental and numerical results could confirm the accuracy of the finite element simulation.