مدلسازي اثرات آسيب پيشرونده غيرايزوتروپ بر رفتار الاستوپلاستيك كامپوزيت هاي زمينه فلزي

Modeling of the effects of progressive anisotropic damage on the elastoplastic behavior of metal matrix composites

هدف اين مقاله بررسي آسيب پيشرونده در يك لايه كامپوزيتي زمينه فلزي با استفاده از كوپل روش ميكرومكانيكي و ديدگاه مكانيك آسيب پيوسته مي باشد. روش ميكرومكانيكي، روش بر پايه المان حجمي نماينده معروف به روش سلول واحد ساده شده مي باشد كه قابليت بررسي پيشرونده بودن آسيب و رفتار پلاستيك در المان حجمي نماينده را دارد. آسيب مورد بررسي به صورت ايزوتروپ و غيرايزوتروپ بر اساس ديدگاه مكانيك آسيب پيوسته مي باشد. كامپوزيت مورد بررسي كامپوزيت كربن/آلومينيم مي باشد. رفتار زمينه به صورت ايزوتروپ و الاستوپلاستيك و رفتار الياف به صورت ايزوتروپ عرضي و الاستيك و آرايش الياف درون زمينه به صورت منظم مي باشد. مدل رفتار الاستوپلاستيك زمينه به صورت رفتار دوخطي و روش حل، روش تقريب متوالي مي باشد. با توجه به مطالعات پيشين در دسترس، كامپوزيت سيليكون كاربايد/تيتانيوم جهت اعتبارسنجي و مقايسه با داده هاي تجربي مورد توجه قرار مي گيرد. اثر درصد حجمي الياف در روند پيشروي آسيب مورد مطالعه قرار مي گيرد. نتايج نشان مي دهند كه با افزايش بارگذاري طولي و عرضي، متغير آسيب در جهات الياف وعمود بر الياف رشد كرده و مدول يانگ طولي و عرضي موثر كامپوزيت كاهش مي يابد. همچنين نتايج تاييد مي كنند كه در بارگذاري طولي و درنظرگيري آسيب غيرايزوتروپ، پيشروي آسيب در جهت الياف بيشتر از رشد آن در جهت عمود برالياف مي باشد، در حاليكه تحت بارگذاري عرضي رشد آسيب در جهات عمود بر الياف سريع تر است.

The aim of this paper is investigation of progressive damage in a metal matrix composite lamina using coupling of micromechanical method and continuum damage mechanics viewpoint. The micromechanical method is a representative volume element- based method known simplified unit cell method which possesses the capability of investigating progressive damage and plastic behavior in the representative volume elements. The studied damage is isotropic and anisotropic based on continuum damage mechanics viewpoint. Composite system under investigation is Carbon/Aluminum composite. The matrix behavior is considered as isotropic and elastoplastic and the fiber behavior is transversely isotropic and elastic. The fiber arrangement within the matrix is regular. The matrix elastoplastic behavior model is included as bi-linear behavior and solution method is successive approximation method. According to available previous studies, Silicon-carbide/Titanium composite system is noted for validation and comparison with experimental data. Also, the effect of fiber volume fraction on the damage progression routine is studied. The results show that by increasing the longitudinal and transverse loadings, the damage variable grows the fiber direction and perpendicular to the fiber direction and the axial and transverse Young's modulus decrease subsequently. Also, the results prove that in longitudinal loading, considering anisotropic damage, damage progression in the fiber direction is more than its growth, perpendicular to the fiber direction. Whereas, under transverse loading, damage growth in perpendicular to the fiber direction is faster.