محاسبه ضرايب شدت تنش و تنش T براي ورق هاي ترك دار ترميم شده با وصله هاي كامپوزيتي و فلزي يك طرفه و دو طرفه

Computation of stress intensity factors and T- stress for cracks repaired by single and double composite and metallic patches

به دليل ويژگي‌هاي ممتاز مواد مركب مانند سبكي، استحكام بالا و قابليت شكل پذيري خيلي خوب، استفاده از وصله‌هاي كامپوزيتي در ترميم ورق‌هاي ترك خورده و داراي شكاف، روشي كارآمد را فراهم مي‌كند. در اين مقاله عملكرد وصله‌هاي متفاوت مشتمل بر وصله‌هاي كامپوزيتي و فلزي با محاسبه ضرايب شدت تنش و تنش T با استفاده از روش المان محدود سه بعدي مورد بررسي قرار گرفته است. ارزيابي نقش خمش خارج از صفحه در عملكرد ترميم با وصله‌هاي يك طرفه از اهداف مهم ديگر انجام اين مطالعه بود. نتايج نشان داده است كه هرچه وصله كامپوزيتي مستحكم‌تر باشد، كاهش ضرايب شدت تنش بيش‌تر خواهد بود. در نمونه‌هاي مورد بررسي وصله بورن /اپوكسي عملكرد بسيار بهتري نسبت به وصله شيشه / اپوكسي دارد.‌ به علاوه، الحاق وصله‌هاي يك طرفه و دوطرفه، تغيير مقادير تنش T را به همراه داشته كه اين تغيير براي زاويه ترك 0 درجه، بيش‌ترين و براي زاويه ترك 45 درجه كم‌ترين است. افزايش ضخامت چسب نيز منجر به افزايش ضريب شدت تنش در ورق ترميم شده مي‌شود. در نهايت مشخص شد، خمش خارج از صفحه نقش بسيار مهمي در عملكرد ترميم با وصله‌هاي كامپوزيتي يك طرفه دارد.

Due to various benefits of composite materials such as light weight, high strength and their excellent formability, the externally bonded composite patches have been proved to be a preferable method of repairing flaws and cracks in various engineering structures. In this paper, the behavior of various patches such as composite and metallic patches has been studied by calculating the stress intensity factor and the T-stress via 3D finite element method. The study of the out-of-plane bending role in repair of plates with single-sided patch is another aims of this research. The results showed that the higher stiffness of the composite patch leads to further reduction in stress intensity factor. It is found that in the studied specimens, the boron/epoxy patch has the better behavior compared with glass/epoxy one. Furthermore, using single-sided and double-sided patches leads to change in the T-stress value. The largest change achieved by the crack angle equals to 0 and the smallest on achieved by the crack angle equals to 45 degrees. Increasing the adhesive thickness leads to increasing the stress-intensity factor in repaired plate. Finally, it is found that the out-of-plane bending has the significant effect on behavior of repair with single-sided composite patch.