استفاده از روش XFEM در بررسي رشد ترك خستگي ورق‌هاي ترك‌دار آلومينيومي، تعمير شده توسط وصله‌هاي كامپوزيتي FML

Using XFEM for investigating the crack growth of cracked aluminum plates repaired with fiber metal laminate (FML) patches

روش المان محدود توسعه يافته (XFEM) يكي از قوي‌ترين روش‌هاي عددي است كه بر پايه المان محدود بوده ولي فارغ از موقعيت نسبي مش نسبت به ناپيوستگي با قدرت همگرايي خوبي به حل مسايل مي پردازد. در اين روش با غني‌سازي گره‌ها و افزايش درجات آزادي آنها (از 2 به 4 و حتي در شرايط خاص به 10) به طور مجازي و بدون نياز به تطبيق مش با هندسه ناپيوستگي، امكان مدل‌سازي و استخراج روابط حاكم بر محيط فراهم مي‌آيد. در اين مقاله تاثير رشد ترك خستگي در ورق ترك‌دار آلومينيومي توسط اين روش بررسي شده است. ورق ترك‌دار توسط وصله‌هاي چندلايه مركب با لايه‌هاي فلزي (FML) يك طرفه در مود تركيبي تعمير شده است. آنگاه از روش فوق براي بررسي تاثير لايه‌چيني وصله‌هاي كامپوزيتي بر روي جابه‌جايي نقاط دهانه ترك و ضريب شدت تنش و همچنين براي مطالعه تاثير زاويه ترك بر روي ضريب شدت تنش در ورق تعمير شده استفاده شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه وصله‌هاي كامپوزيتي با تركيب ورق/الياف/الياف/آلومينيوم بيشترين تاثير را در خواص ترميمي دارد و مي‌تواند ضريب شدت تنش را تا 70 درصد كاهش دهد.

Extended finite element method (XFEM) is one of the strongest numerical methods that its basis is finite element but regardless of mesh location respect to discountinuty solves the problems. In this method, using of enreaching the nodes and increasing of their degrees of freedom (from 2 to 4 or even upto 10) virtually and without verifying the mesh and geometry of discountinuty, one can model and develop the required governing equations of the system. In this paper, fatigue crack growth of repaired aluminum panels containing a crack is studied. The cracked panels were repaired on one side with glass/epoxy composite patches in the mixed mode condition. The extended finite element method is used to study the effects of patch lay-up configuration on crack front displacement and stress intensity factor and the effect of crack angle on stress intensity factor of the repaired panels. The results show that the plate-fiber-fiber-aluminum configuration has best effect and it could reduce the stress intensity factor (k1) by upto seventy percent.