بررسي رفتار ديناميكي كامپوزيت‌هاي تك جهته با استفاده از مدل پلاستيسيته تك پارامتري

Investigation of Dynamic Behavior of Unidirectional Plies Using One Parameter Plastic Model

اين مقاله به بررسي معادلات بنيادي حاكم بر رفتار ديناميكي كامپوزيت‌هاي پليمري خارج از محور در نرخ كرنش‌هاي مختلف اختصاص دارد. با استفاده از مدل ناهمسانگردي هيل و با در نظر گرفتن فرضيات حاكم بر كامپوزيت‌هاي ليفي، مدلي براي بيان رفتار ديناميكي كامپوزيت‌هاي پليمري تعميم داده شد. با استفاده از قوانين شارش و تعريف تنش موثر و با در نظر گرفتن فرضياتي نظير اينكه كامپوزيت‌ها در راستاي الياف، رفتار پلاستيك از خود نشان نمي‌دهند، ثوابت موجود در رابطه هيل كاهش يافته و به يك ثابت به نام a_66 تقليل پيدا كرد كه مدل پلاستيسيته تك پارامتري در حالت دو بعدي ناميده شده است. اين مدل براي كامپوزيت‌هاي خارج از محور نيز تعميم داده شد. براي هر كامپوزيتي با زواياي الياف مختلف رابطه تنش موثر- كرنش موثر به دست آمد كه با انتخاب مناسب ضريب a_66 كه به صورت سعي و خطا به دست مي‌آيد، مي‌توان تمام منحني‌ها را روي يك منحني مادر تجميع كرد. با استفاده از اين مدل و داده‌هاي تجربي محققان مختلف در محدوده تست‌هاي استاتيكي و شبه استاتيكي (در محدوده نرخ كرنش s^(-1)01/0) مدل ويسكوپلاستيسيته‌اي به دست آمده كه مي‌تواند رفتار كامپوزيت‌هاي پليمري را هم در محدوده رفتار استاتيكي و هم در نرخ كرنش‌هاي بالا (بين s^(-1)400 تا s^(-1)1000) به خوبي تخمين بزند. ضرايب اين مدل در نرخ كرنش‌هاي بالا به روش برون يابي داده‌هاي موجود در محدوده تست‌هاي استاتيكي به دست آمد. درستي اين مدل توسط داده‌هاي تست هاپكينسون مورد بررسي قرار گرفته و صحت آنها به اثبات رسيده است.

In this article constitutive equations on dynamic behavior of off-axis polymer matrix composites in different strain rates were investigated. Using the Hill Anisotropy and assumptions governing fiber composites, a model was developed to express the dynamic behavior of polymer matrix composites. Using the flow rules and effective stress and assumptions in fiber composites like non plastic behavior of composites in fiber direction, the Hill parameters were omitted and reduced to one parameter namely, a_66. This model was called2D one-Parameter Plastic Model (also it can be developed for 3D composite layers). This model was developed for off axis composites as well. For each composite with different fiber directions, effective stress- effective strain was introduced. By choosing the right value for parameter a_66 by trial aand error, all the stress-strain curves were collapsed into one single curve. Using this model and the experimental static and quasi- static results gathered from different authors (in range of? 0.01s?^(-1)), a viscoplastic model was obtained which can predict the polymer composite response both in static and high strain rate tests (between 400 s^(-1) and 700s^(-1)). Constant parameters in high strain rates in this model were calculated through extrapolating the data in the static test range. The accuracy of this model was investigated and approved by Split Hopkinson Pressure Bar test. The results showed that the visco plastic model can predict the dynamic response of composite fibers in high strain rates very well.