مطالعه‌ي تحليلي درخصوص خواص كشساني بريدد كامپوزيت‌هاي سه‌بعدي چهارجهته توسط مدل چند سلول واحد

ANALYTICAL INVESTIGATION ON THE STIFFNESS OF 3-DIMENSIONAL BRAIDED COMPOSITES BY A MULTI-UNIT CELL MODEL

در اين نوشتار روشي تحليلي براي محاسبه‌ي سفتي بريدد كامپوزيت‌هاي سه‌بعدي چهارجهته ارايه شده است. در بيشتر تحقيقات قبلي از روش اجزا محدود استفاده شده و كم‌تر روش تحليلي به كار رفته است. در روش تحليلي ارايه‌شده در اين تحقيق كل كامپوزيت به چهار نوع سلول واحد ناحيه‌ي دورني، سطحي دروني، سطحي بيروني و گوشه‌يي تقسيم شده كه هريك خواص مكانيكي و هندسي خاص خود را دارند. سپس هر‌كدام از اين نواحي به‌صورت يك كامپوزيت تك‌‌جهته در نظر گرفته شده و با استفاده از يك روش ميانگين‌گيري حجمي، سفتي كل بريدد كامپوزيت محاسبه شده است. در نهايت، نتايج حاصله با نتايج به دست آمده از روش آزمايشگاهي مقايسه و تاثير زاويه‌ي بريدينگ بر خواص مكانيكي بريدد كامپوزيت بررسي شده است.

The present paper represents a new analytical method for calculation of the stiffness of three-dimensional, four-directional braided composites. In most previous work, the analytical model has been largely neglected in favor of the finite element model. Among those who have used the analytical model, the braided preform has been considered to be made of one, or three, types of representative unit cells, while microscopic evidence of the microstructure of pre-forms reveals different configurations of the yarns in the interior, surface and corner regions of a braided pre-form. This paper presents a multi-unit cell model, in which four kinds of unit cell, namely; interior, interior surface, exterior surface and corner unit, have been introduced as representative cells. Each type of unit cell in a braided composite has different micro-structural parameters and possesses unique mechanical properties. In this model, each type of unit cell has been considered a uni-directional composite. Next, using rotation matrices, the angle between yarns and longitudinal direction has been considered in general coordinates of the model. Finally, using a volume averaging method, the total stiffness of the braided composite is calculated. The results are compared with those obtained from experimental methods and the effect of braiding angle on the stiffness of braided composites is discussed.