مقایسه سه معیار شکست مواد مرکب با استفاده از آزمون بارگذاری بال هواپیما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

با توجه به گستردگی کاربرد مواد مرکب در صنایع مدرن و پیشرفته، پیش‌بینی دقیق رفتار آسیب و شکست این مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. انجام آزمایش‌های تجربی کمتر و ساده‌تر، باعث کاهش هزینه‌ و زمان گردیده، بنابراین، طراحی و تحلیل مواد فوق نیازمند شناخت و استفاده از معیارهای آسیب و شکست می‌باشد. در کشور ایران، این مواد بیشتر در ساخت هواپیما مورد استفاده قرار گرفته و به همین دلیل در این پژوهش قطعه بال هواپیما انتخاب گردیده و شبیه سازی می­شود. به همین منظور، معیارهای آسیب و شکست پاک، تسای-وو و سان با استفاده از یک زیربرنامه ضمنی در نرم افزار تجاری آباکوس پیاده سازی می­گردند. پس از شبیه‎سازی بال هواپیما، با استفاده از سه معیار فوق مناطق آسیب دیده و نقاط بحرانی بال پیش‌بینی ‌شده، نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های عددی با نتایج تجربی مقایسه و اعتبارسنجی می گردند. مقایسه نتایج عددی و عملی آشکار می­کند که نتایج پیش­بینی معیار آسیب پاک به نتایج عملی نزدیک­تر بوده و برای پیش­بینی آسیب در آزمون بارگذاری بال هواپیما مورد اطمینان بیشتری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hashin Z., Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites, Journal of Applied Mechanics, Vol.47, pp.329–334, 1980.
[2] Puck A., Schurmann H., Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models, Composite Science and Technology, Vol.58, pp.1045-1067, 1998.
[3] Puck A., Schurmann H., Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models, Composite Science and Technology, Vol.62, pp.1633-1662, 1998.
[4] Liu K.S., Tsai S.W., A Progressive quadratic failure criterion for a laminate, Composite Science and Technology, Vol.58, pp.1023-1032, 1998.
[5] Kuraishi A., Tsai S.W., Liu K.S., A Progressive quadratic failure criterion-Part B, Composite Science and Technology, Vol.62, pp.1683-1695, 2002.
[6] Sun C.T., Tao J., Prediction of failure envelopes and stress/strain behavior of composite laminates, Composite Science and Technology, Vol.58, pp.1125-1136, 1998.
[7] Sun C.T., Tao J., Kaddour A.S.,  The prediction of failure envelopes and stress/strain behavior of composite laminates: comparison with experimental results, Composite Science and Technology, Vol.62, pp.1673-1682, 2002.
[8] Gotis P. K., Chamis C. C., Minnetyan L., Prediction of composite laminate fracture: micromechanics and progressive fracture, Composite Science and Technology, Vol.58, pp.1137-1149, 1998.
[9] Gotis P .K., Chamis C. C., Minnetyan L., Application of progressive fracture analysis for predicting failure envelopes and stress/strain behaviors of composite laminates:a comparison with experimental results, Composite Science and Technology, Vol.62, pp.1545-1559, 2002.
[10] Edge E.C., Stress based Grant-Sanders method for predicting failure of composite laminates, Composite Science and Technology, Vol.58, pp.1033-1041, 1998.
[11] Edge E.C., A comparison of theory and experiment for the stress based Grand-Sanders method, Composite Science and Technology, Vol.62, pp.1571-1589, 2002.
[12] Wolfe W.E., Butalia T.S., A strain energy based failure criterion for nonlinear analysis of composite laminates subjected to biaxial loading, Composite Science and Technology, Vol.58, pp.1107-1124, 1998.
[13] Butalia T.S., Wolfe W.E.,  A strain energy based nonlinear failure criterion: comparison of numerical predictions and experimental observations for symmetric composite laminates, Composite Science and Technology, Vol.62, pp.1697-1710, 2002.
[14] Rotem A., Prediction of laminate failure with the Rotem failure criterion, Composite Science and     Technology, Vol. 58, pp.1083-1094, 1998.
[15] Rotem A., The Rotem failure criterion: theory and practice, Composite Science and     Technology, vol. 62, pp.1663-1671, 2002.
[16] Eckold G.C., Failure criteria for use in the design environment, Composite Science and Technology, Vol.58. pp.1095-1105, 1998.
[17] G.C. Eckold, “Failure criteria for use in the design environment”, Composite Science and Technology, Vol.62. pp.1561-1570, 2002.
[18] McCartney L.N., Predicting transverse crack formation in cross plylaminates, Composite Science and Technology, Vol.58. pp.1069-1081, 1998.
[19] McCartney L.N., Predicting of ply crack formation and failure in laminates, Composite Science and Technology, Vol.62. pp.1619-1631, 2002.
[20] Hart-Smith L.J., predictions of the original and truncated maximum strain failure models for certain fibrous composite laminates, Composite Science and Technology, Vol.58. pp.1151-1178, 1998.
[21] Hart-Smith L.J., predictions of a generalized maximum shear stress failure criterion for certain fibrous composite laminates, Composite Science and Technology, Vol.58. pp.1179-1208, 1998.
[22] Hart-Smith L.J., Expanding the capabilities of the Ten-Percent Rule for predicting the strength of fiber polymer composites, Composite Science and Technology, VBol.62. pp.1515-1544, 2002.
[23] Zinoviev P.A., Grigoriev S.V., Lebedeva O.V., Tairova L.P., The strength of multilayered composites under a plane stress state, Composite Science and Technology, Vol.58. pp.1209-1223, 1998.
[24] Zinoviev P.A., Lebedeva O.V., Tairova L.P., A coupled analysis of experimentaland theoretical results on the deformation and failure of composite laminates under a stateof plane stress, Composite Science and Technology, Vol.62. pp.1711-1723, 2002.
[25] Cuntze R.G., Freund A., The predictive capability of failure mode concept based strength criteria for multidirectional laminates, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.343-377, 2004.
[26] Cuntze R.G., The predictive capability of failure mode concept based strength criteria for multidirectional laminates-part B, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.487-516, 2004.
[27] Bogetti T.A., Hoppel C.P.R., Harik V.M., Newill J.F., Burns B.P., Predicting the nonlinear response and progressive failure of composite laminates, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.329-342, 2004.
[28] Bogetti T.A., Hoppel C.P.R., Harik V.M., Newill J.F., Predicting the nonlinear response and failure of composite laminates:correlation with experimental results, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.477-485, 2004.
[29] Huang Z.M., A bridging model prediction of the ultimate strength of composite laminates subjected to biaxial loads, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.395-448, 2004.
[30] Huang Z.M., Correlation of the bridging model predictions of the biaxial failure strengths of fibrous laminates with experiments, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.529-548, 2004.
[31] Mayes J.S., Hansen A.C., Composite laminate failure analysis using multicontinuum theory, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.379-394, 2004.
[32] Mayes J.S., Hansen A.C., A comparison of multicontinuum theory based failure simulation with experimental results, Composite Science and Technology, Vol.64. pp.517-527, 2004.
[33] McCarthy C.T., O’Higgins R.M., Frizzell R.M., A cubic spline implementation of non-linear shear behavior in three-dimensional progressive damage models for composite laminates, Composite Structures, Vol.62. pp.173-181, 2010.
[34] Ribeiro M.L., Tita V., Vandepitte D., “A new damage model for composite laminates”, Composite Structures, vol.94. pp.635-642, 2012.
[35] Catalanotti G., Camanho P.P., Marques A.T., Three-dimensional failure criteria for fiber-reinforced laminates, Composite Structures, Vol.95. pp.63-79, 2013.
[36] Hinton M.J., Kaddour A.S., Soden P.D., Failure Criteria in Fibre Reinforced Polymer Composites: The World-Wide Failure Exercise, 2004.
[37] Knops M., Gradual failure in fiber/polymer laminates, Composite Science and Technology, Vol.66, pp.616-625, 2006.
[38] Michael C.Y., composite Aircraft structures, HongKong, 1996.
[39] Andrew M.L., William L., Deflection-Based Aircraft Structural Loads Estimation With Comparison to Flight, NASA Dryden Flight Research Center, 2005.
[40] Skopinski T.H., Aiken W.S., Huston W.B., Calibration of Strain-Gage Installations in Aircraft Structures for the Measurement of Flight Loads, NACA Report 1178,1954.
[41] Kong C.W., Park J.S., Cho J.H., Hong C.S., C.G. Kim, Testing and Analysis of Downscaled Composite Wing Box, Journal of aircraft, Vol. 39, No. 3, May–June 2002.
[42] Raymer D.P., Aircraft Design: A Conceptual Approach, AIAA, 1992.
[43] Holman M., Composite Aircraft Design, published by Martin Holman, 1993.
[44] ربیعیان نجف­آبادی حمید ضیادی محسن،  تعیین بهترین محل نصب کرنش‌سنج‌ها، تعداد و مکان بارهای متمرکز با توجه به خطای شبیه‌سازی بار بال در طراحی درخت بار، نهمین کنفرانس انجمن هوافضای ایران، بهمن ماه 1388.