بررسي تخريب پيش‌رونده در صفحات كامپوزيتي شيشه- اپوكسي تحت بار خستگي

Progressive Damage Investigation of Glass-Epoxy Composite Laminates under Fatigue Loading

مواد كامپوزيتي به دليل داشتن خواص ويژه ي مكانيكي در صنايع هوافضا، خودروسازي و غيره كاربردهاي گسترده اي دارند. در اين تحقيق، بررسي عددي چندلايه هاي ساخته شده از رزين اپوكسي و الياف شيشه با دو نوع چينش s(90/0/90/0) و s(0/90/0/90) مورد توجه قرار گرفته و يك حل گام به گام جهت پيش بيني عمر خستگي اين مواد ارايه شد. در حل ارايه شده از معيار تخريب هشين استفاده شد كه علاوه بر تعيين عمر خستگي، قابليت تشخيص شكل مود شكست را نيز دارد. در هر مرحله از حل، ماكزيمم بار به مدل اعمال و نتايج تنش در گره ها محاسبه گرديد؛ سپس در تمامي المان ها و در تمامي لايه هاي مربوط به هر المان، قوانين شكست خستگي بررسي شد. پس از تشخيص شكست در يك لايه، به جاي حذف كامل آن لايه از محاسبات المان مربوطه، خصوصيات مكانيكي با توجه به شكل مود شكست اتفاق افتاده و تيوري هاي تخريب پيش‌رونده كاهش داده شد و در ساير المان ها كه دچار شكست نشده بودند، پارامتر آسيب محاسبه گرديد و در صورت تجاوز آسيب از مقدار مجاز، المان مورد نظر شكسته فرض شد. عمرهاي خستگي پيش بيني شده در اين مطالعه با نتايج آزمايشگاهي در ادبيات فن مقايسه شد و موافقت خوبي بين نتايج ديده شد.

Composite materials are widely used in aerospace, automotive industry, and other fields because of their special mechanical properties. In this study, a step by step numerical analysis was developed to predict the fatigue life of E-Glass/Epoxy fiber reinforced laminates with (0, 90, 0, 90)s and (90, 0, 90, 0)s configurations. In the proposed Finite Element (FE) analysis, Hashin’s failure criterion which can distinguish the failure modes, was used. The iterative algorithm was utilized so that at each step of solution, the maximum load was applied to the model and then the stress components were obtained numerically at every node of the model. Then the appropriate failure criterion was applied to inspect the possible failure in all layers of each element. For failed layer in an element, material properties were degraded according to the failure mode and progressive damage theories. In other elements which had not failed, the damage parameter was calculated. If the value of the damage parameter in each element exceeds 0.9, the layer of the element was assumed to be failed and the algorithm was continued. The predicted fatigue life was compared with the experimental results in the literature and good agreement was observed.