تحليل عددي اثرات گوشه آزاد در چندلايه هاي كامپوزيتي زاويه دار بر اساس مدل سراسري - موضعي

Numerical analysis of free corner effects in angle-ply composite laminates based on global-local method

هدف اصلي اين تحقيق، مدل سازي اثر گوشه آزاد در چندلايه هاي كامپوزيتي متعامد و زاويه دار گرافيت/اپوكسي، با استفاده از روش حل المان محدود و بر اساس مدل سراسري-موضعي مي باشد. در اين مدل، ناحيه سراسري با استفاده از تئوري مرتبه اول برشي و ناحيه موضعي، در مجاورت گوشه آزاد، با استفاده از تئوري لايروايز ردي، مدل مي شوند. استفاده از اين روش امكان تحليل چندلايه هاي ضخيم زاويه دار و متعامد را به وجود مي آورد. چندلايه هاي متعامد و زاويه دار به ترتيب تحت بار حرارتي و كشش يكنواخت قرار گرفته و اثرات تنش هاي بين لايه اي لبه آزاد و گوشه آزاد مورد بررسي قرار مي گيرد. اعتبار سنجي نتايج حاضر توسط نتايج در دسترس در تحقيقات پيشين صورت مي گيرد كه نشان دهنده تطابق خوبي است. نتايج تحقيق حاضر نشان مي دهند هنگامي كه چندلايه متعامد تحت بار حرارتي قرار مي گيرد توزيع تنش هاي بين لايه اي در هر دو جهت طول و عرض چندلايه يكنواخت است. در صورتيكه براي بار كششي تك جهته تنش هاي بين لايه اي در دو راستاي چندلايه داراي توزيع متفاوت مي باشد. همچنين نتايج نشان مي دهند كه در چندلايه هاي زاويه دار تحت كشش يكنواخت با افزايش زاويه الياف، اثر گوشه آزاد افزايش مي يابد و بيشترين تنش هاي بين لايه اي در لايه-هاي 30 درجه در مجاورت لبه هاي آزاد رخ مي دهند. بعلاوه نتايج ثابت مي كنند در لايه هاي با زاويه ي الياف كمتر از 30 درجه، اثرات لبه آزاد و گوشه آزاد، تقريبا مشابه است. مطالعه پارامتري بر روي ضخامت و چيدمان لايه هاي چندلايه نشان مي دهد كه هر دو پارامتر بر روي تنش هاي بين لايه اي در گوشه ي آزاد تاثير بسزايي دارند.

The main purpose of this paper is modeling of the free corner effect of cross-ply and angle-ply graphite/epoxy composite laminates using finite element method based on global-local method. The global area is modeled by first order shear deformation theory and the local area، in the free corner vicinity، is modeled by the Reddy's layer-wise theory. Using this method provides the possibility of analysis of thick angle-ply and cross-ply laminates. The cross-ply and angle-ply laminates are subjected to uniform thermal and extension loading، respectively and the effects of the free edge and free corner interlaminar stresses are investigated. The presented results verification is performed via available results in the previous studies which show good agreement. The present study results show that when the cross-ply laminate is subjected to thermal loading، the interlaminar stresses distribution is uniform in both length and width of the laminate. However، for the uni-axial extension loading، the interlaminar stresses possess different distribution in the two directions of the laminate. Also، results demonstrate that in angle-ply laminates under extension loading، the free corner effect increases by increasing fiber angle and the maximum interlaminar stresses occur in 30 degree plies in the free corner vicinity. Moreover، results prove that the effects of the free edge and the free corner are almost similar in layers with fiber angle less than 30 degrees. Parametric study on the thickness and stacking of the laminate layers display that both parameters have a significant influence on the interlamianar stresses at the free corner.