تاثير خرابي فاز مياني بر رفتار الاستوويسكوپلاستيك عموم مواد مركب زمينه فلزي تك-جهته

Effects of interphase damageon the elastoviscoplastic behavior of general unidirectional metal matrix composites

در اين مقاله، يك مدل ميكرومكانيكي سه بعدي وابسته به زمان جهت مطالعه رفتار الاستوويسكوپلاستيك مواد مركب با الياف هم راستا، با وجود آسيب فاز مياني تحت اثر بارگذاري چند محوري ارايه مي شود. المان حجمي نماينده ماده مركب شامل سه فاز الياف، زمينه و فاز مياني الياف/زمينه است. فاز مياني به عنوان يك فاز مجزا با ضخامت معيني كه سطح بيروني الياف را پوشش مي دهد درنظر گرفته مي شود. اختلاف دماي ساخت ماده مركب تا دماي محيط كه منجر به تنش پسماند حرارتي شده، در اين تحليل منظور مي شود. الياف و فاز مياني به عنوان يك ماده الاستيكو زمينه به عنوان يك ماده الاستيك-ويسكوپلاستيك با سخت شوندگي ايزوتروپيك فرض مي شوند. از مدل ويسكوپلاستيك بادنر-پارتم جهت مدل سازي رفتار غيرالاستيك وابسته به زمان زمينه استفاده مي شود. براي تحليل آسيب فاز مياني، مدل نيدلمن مورد استفاده قرار مي گيرد. براي مواد مركب زمينه فلزي نشان داده مي شود، درحالي كه نتايج پيش بيني شده براساس فرض عدم آسيب در فاز مياني بسيار دور از واقعيت است، رفتار تنش-كرنش پيش بيني شده با وجود آسيب در فاز مياني و تنش پسماند حرارتي تطابق خوبي با داده هاي تجربي دارد. همچنين، خواص الاستيك ماده مركب با نسبت هاي منظر گوناگون با مدل ميكرومكانيكي فوق استخراج مي شود. پيش بيني هاي رفتار الاستيك نيز بسيار نزديك به داده هاي تجربي و مدل هاي دردسترس ديگر است.

In this paper, a 3D time dependent micromechanical model is presented to study the elastoviscoplastic behavior of aligned fiber reinforced composites in the presence of interfacial damage subjected to multi-axial loading. The Representative Volume Element (RVE) of the composite consists of three phases including fiber, matrix and fiber/matrix interphase. The interphase is considered as adistinct phasewith a definite thickness that covers the outer surface of fibers. The difference between manufacturing process temperature to room temperature introducing thermal residual stresses is included in the analysis. The fiber and interphase are assumed to be elastic, while the matrix exhibits elastic-viscoplastic behavior with isotropic hardening. The Bodner-Partom viscoplatic theory is used to model the time dependent inelastic behavior of the matrix. The Needleman model is employed to analyze interphase damage. For metal matrix composites, it is shown that while predictions based on undamaged interphase are far from the reality, the predicted stress–strain behavior including interphase damage and thermal residual stresses demonstrate very good agreement with experimental data. Furthermore, the elastic properties of the composites with various aspect ratios are extracted by the micromechanical model. The elastic behavior predictions of the composite are also very close to experimental data and the other available models.