تحليل حساسيت رفتار شكست در كامپوزيت كربن- اپوكسي در نرخ‌هاي جابجايي مختلف تحت بارگذاري مود اول كششي با آناليز رگرسيون

Sensitivity analysis of fracture behavior in carbon-epoxy composite at different displacement rates under mode I tensile loading by regression analysis

در اين مقاله، تحليل حساسيت تاثير نرخ جابجايي در بارگذاري مود اول كششي بر روي رفتار شكست، در كامپوزيت كربن- اپوكسي، مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، آزمايش كشش براساس استاندارد ASTM-D5528 بر روي نمونه‌هاي تير يكسر گيردار دو لبه و تحت بار اعمالي بصورت جابجايي- كنترل و با نرخ‌هاي جابجايي 0/05، 0/5، 5 و 50 ميليمتر بر دقيقه انجام شد. براي پارامترهاي استخراج‌شده از داده‌هاي تجربي، آناليز رگرسيون با استفاده از نرم‌افزار ميني‌تب، انجام گرديد. تحليل حساسيت نرخ جابجايي و لگاريتم مقدار آن در بارگذاري كششي، بر سه مشخصه شكست در نمونه‌هاي تير يكسر گيردار دو لبه كامپوزيتي، بررسي شد. اين پارامترهاي مكانيك شكست شامل نرخ رهايي انرژي كرنشي (با سه روش انرژي شكست)، ماكزيمم نيروي شكست و ماكزيمم جابجايي دهانه ترك اوليه (با تكنيك پردازش تصوير ديجيتال) بود. نتايج نشان مي‌دهد كه تغييرات نرخ جابجايي، براساس تابع درجه سوم از نرخ جابجايي، بر ماكزيمم نيروي شكست و نرخ رهايي انرژي كرنشي، تاثيرگذار مي‌باشد و اين مقادير به تغييرات نرخ جابجايي، حساس مي‌باشند. اما مقدار جابجايي ماكزيمم دهانه ترك اوليه در كامپوزيت، به لگاريتم نرخ جابجايي در بارگذاري كششي، وابسته است. در نهايت، الگوي تغييراتي مشخصه‌هاي مكانيك شكست كامپوزيت، بصورت افزايشي با افزايش نرخ جابجايي بود.

In this article, the sensitivity analysis of the displacement rate effect under tensile loading on the crack growth behavior in the carbon-epoxy composite has been investigated. For this objective, the tensile test was performed on double cantilever beam samples, according to the ASTM-D5528 standard under displacement-controlled loading and under displacement rates of 0.05, 0.5, 5 and 50 mm/min. Then, the regression analysis was done on outputs of experimental data by the Minitab software. For this objective, the sensitivity analysis was performed on three fracture characteristics of composite specimens. These fracture mechanics parameters were the critical energy release rate (with three different fracture energy methods), the maximum failure force and the initial crack tip opening displacement by the use of the digital image correlation technique. Results showed that the variation of the displacement rate affected the maximum failure force and the energy release rate and therefore, these values were sensitive to changes in the displacement rate. However, the maximum value of the initial crack tip opening displacement of the composite was dependent on the logarithmic displacement rate under tensile loading. Finally, the changing trend of fracture mechanics characteristics in the composite was increasing by increasing the displacement rate.