پيش‌بيني عمر خستگي پليمرهاي تقويت‌شده با الياف شيشه و الياف گرافيت تحت بارگذاري‌هاي مختلف

Life Prediction of Reinforced Glass-Epoxy and Graphite-Epoxy Polymers Subjected to Various Loading Conditions

شناخت دقيق رفتار پليمرهاي تقويت‌شده در بارگذاري خستگي به منظور طراحي سازه هاي قابل اعتماد حايز اهميت است و با‌ توجه به رفتار متفاوت اين مواد نسبت به مواد سنتي، معرفي معياري كه نماينده واقعي عمر خستگي اين مواد باشد بسيار مهم است. در اين تحقيق، عمر خستگي براي ورق تقويت‌شده با الياف شيشه و الياف گرافيت كه تحت بار خمشي قرار گرفته، براي دو حالت بارگذاري جانبي گسترده و متمركز محاسبه و با يكديگر مقايسه شده است. براي مدلسازي مساله از تيوري كاهش استحكام و براي محاسبه مقدار تنش در لايه‌هاي ورق، از تيوري برشي مرتبه اول ورق‌ها استفاده شده و با استخراج توزيع تنش در هر لايه از ورق و با استفاده از تيوري كاهش تدريجي خواص، ميزان كاهش استحكام براي هر لايه در هر مرحله از بارگذاري بدست آمده است. با ادامه بارگذاري، سرانجام استحكام لايه‌ها در اثر خستگي در راستاي الياف و ماتريس كاهش مي‌يابد تا به مقدار تنش اعمال شده به لايه مي‌رسد و لايه شكسته مي‌شود. در اين مرحله، از تيوري قاعده‌ كاهش ناگهاني خواص براي مدلسازي شكست لايه استفاده مي‌شود و با ادامه فرآيند حل، ميزان عمر خستگي لايه‌ها و اثرات شكست يك لايه بر رفتار لايه‌هاي ديگر تا رسيدن به شكست نهايي، مورد بررسي قرار مي‌گيرد. همچنين در قسمت نتايج عددي، عمر خستگي براي ورق كامپوزيتي از دو جنس ياد شده با يكديگر مقايسه شده است.

Investigation of the fatigue behavior of reinforced polymer composites is necessary to design a reliable and durable structure. Due to the difference between the fatigue properties of reinforced polymers and traditional isotropic engineering materials, introducing a criteria for prediction of the fatigue life of reinforced polymers is very useful in design and analysis. This work is aimed at the life prediction of reinforced plates subjected to bending fatigue loads. The glass-epoxy and graphite-epoxy plates, which are subjected to the distributed and concentrated transverse loads, are studied based upon the strength degradation model. Distribution of the stresses at the plies of the plate subjected to transverse load is acquired using the first-order shear deformation plate theory. Then the strength degradation model is used to predict the strength reduction of each plie of the plates in the loading cycles. The degradation of plies and reduction of the strength in each loading stage are accumulated, and the residual strength of the plies is obtained as a function of the load cycles. This procedure is repeated until the plies fail, and the final catastrophic failure occurs in the plate.