مشخصه‌سازي ابعادي ورق كامپوزيتي شيشه/اپوكسي با ترك لبه‌اي تحت سيكل‌هاي سرمايش/گرمايش مرطوب

Dimensional Characteristic of Glass/Epoxy Composite Plate with Edge Crack under Wet Freeze-Thaw Cycles

انجماد آب در ترك‌هاي سطحي پره توربين بادي مي‌تواند خواص مكانيكي آن را به‌طور قابل توجهي كاهش دهد. براي بررسي اين پديده، مدل اجزاء محدود به منظور شبيه‌سازي فرآيند يخ‌زدگي در تير كامپوزيتي مقياس‌كوچك تقويت شده با الياف با شيار لبه‌اي ارائه شده و نيروي وارده بر تير ناشي از يخ‌زدگي آب در دماي انجماد به كمك مدل محاسبه شده است. بر اساس اين تكنيك، پارامتر جديدي كه اثر انبساط يخ ناميده مي‌شود، معرفي و به كمك آن، تاثير زاويه بازشوندگي شيار و ضخامت تير بر توزيع تنش و كرنش در امتداد دهانه شيار بررسي شده است. با مصالحه بين مسئله واقعي، پره آسيب ديده ناشي از بهره‌برداري، و استاندارد موجود كه معمولا براي توصيف رفتار شكست مواد كامپوزيتي استفاده مي‌شود، يك هندسه بهينه براي تحقيقات آزمايشگاهي طراحي شده است. نتايج تجربي حاصل از تير كامپوزيتي مقياس‌كوچك بر اساس هندسه طراحي شده كه تحت اثر همزمان رطوبت و دماي انجماد قرار دارد، اهميت فاكتور انبساط يخ بر پاسخ مواد و سازه‌ها به ازاي سيكل‌هاي مختلف سرمايش/گرمايش را نشان مي‌دهد.

Freezing water in the surface cracks of wind turbine blades can remarkably deteriorate its mechanical properties. In order to investigate this phenomena, a finite element model is developed to simulate the icing process in a small scale fiber reinforced composite beam with a sharp crack. The load exerted from the ice onto the beam is calculated by using the model taking into account the expansion of water at freezing temperature. Based on this technique, a new parameter, called the ice expansion effect, is introduced and employed to study the influence of crack opening angle and the beam thickness on the distribution of stress and strain along the crack faces. Compromising between the actual problem, in-service damaged blades, and the existing standard which is commonly applied for characterization of fracture behavior of composite materials, an optimum geometry is designed for experimental investigations. The experimental results acquired from small scale composite beams based on the designed geometry and simultaneously imposed to humidity and freezing temperature demonstrate the significance of ice expansion factor on the monotonic response of the materials and structures conditioned at different number of freeze-thaw cycles.