بررسی عدم قطعیت در چندلایه‌های ساخته‌شده از الیاف شیشه/اپوکسی هنگام جدایش با استفاده از روش سطح پاسخ

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فن‌آوری، تهران، ایران

3 پژوهشگاه هوافضا

چکیده

در این مطالعه، روشی برای بررسی عدم قطعیت صفحه مستطیلی چندلایه‌ای ساخته‌شده از الیاف شیشه/اپوکسی با وجود ترک بین‌لایه‌ای اولیه در بارگذاری حالت اول، دوم و ترکیبی اول/دوم با استفاده از معیار انرژی انجام شده است. توابع حالت حدی برای تحلیل قابلیت اطمینان رشد جدایش در هریک از حالت‌های بارگذاری، طبق مفاهیم مکانیک شکست و آزادسازی انرژی به دست آمده است. با استفاده از متغیرهای تصادفی و توابع حالت حدی طبق معیار انرژی، بررسی عدم قطعیت با استفاده از روش سطح پاسخ انجام شده است. ایده اصلی روش سطح پاسخ، تقریب تابع سطح پاسخ ضمنی با استفاده از یک تابع ریاضی صریح با متغیرهای تصادفی درگیر در تابع حالت حدی است. از آن‌جا که تقریب تابع حالت حدی صریح است، می‌توان از روش مرتبه اول/دوم قابلیت اطمینان برای تخمین احتمال شکست استفاده کرد. نتایج حاکی از آن است که احتمال رشد جدایش در روش سطح پاسخ نسبت به دو روش مرتبه اول/دوم قابلیت اطمینان مقدار بیشتری است. سرانجام، تاثیر طول جدایش اولیه، تعداد لایه‌ها و بارگذاری در حالت‌های مختلف بر رشد جدایش چندلایه ساخته‌شده از مواد مرکب به‌دست می‌آید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   António, C.C. and Hoffbauer, L.N., Uncertainty propagation in inverse reliability-based design of composite structures, International Journal of Mechanics and Materials in Design, Vol. 6, pp. 89-102, 2010.
[2]   Liu, P. and Zheng, J., Strength reliability analysis of aluminium–carbon fiber/epoxy composite laminates, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 23, pp. 421-427, 2010.
[3]   Shaw, A., Sriramula, S., Gosling, P.D. and Chryssanthopoulos, M.K., A critical reliability evaluation of fibre reinforced composite materials based on probabilistic micro and macro-mechanical analysis, Composites Part B: Engineering, Vol. 41, pp. 446-453, 2010.
[4]   Welemane, H. and Dehmous, H., Reliability analysis and micromechanics: A coupled approach for composite failure prediction, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 53, pp. 935-945, 2011.
[5]   Chiachio, M., Chiachio, J. and Rus, G., Reliability in composites–a selective review and survey of current development, Composites Part B: Engineering, Vol. 43, pp. 902-913, 2012.
[6]   Adarsh, S. and Reddy, M.J., Reliability analysis of composite channels using first order approximation and monte carlo simulations, Stochastic environmental research and risk assessment, Vol. 27, pp. 477-487, 2013.
[7]   Kimiaeifar, A., Lund, E., Thomsen, O.T. and Sørensen, J.D., Asymptotic sampling for reliability analysis of adhesive bonded stepped lap composite joints, Engineering Structures, Vol. 49, pp. 655-663, 2013.
[8]   Gosling, P.D. and Polit, O., A high-fidelity first-order reliability analysis for shear deformable laminated composite plates, Composite Structures, Vol. 115, pp. 12-28, 2014.
[9]   Shayanfar, M.A., Barkhordari, M.A. and Roudak, M.A., Locating design point in structural reliability analysis by introduction of a control parameter and moving limited regions, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 126, pp. 196-202, 2017.
[10]              Akula, V.M., Multiscale reliability analysis of a composite stiffened panel, Composite Structures, Vol. 116, pp. 432-440, 2014.
[11]              Zhang, S., Zhang, C. and Chen, X., Effect of statistical correlation between ply mechanical properties on reliability of fibre reinforced plastic composite structures, Journal of Composite Materials, Vol. 49, pp. 2935-2945, 2015.
[12]              Zhang, S., Zhang, L., Wang, Y., Tao, J. and Chen, X., Effect of ply level thickness uncertainty on reliability of laminated composite panels, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 35, pp. 1387-1400, 2016.
[13]              Zhou, X.-Y., Gosling, P., Ullah, Z. and Pearce, C., Exploiting the benefits of multi-scale analysis in reliability analysis for composite structures, Composite Structures, Vol. 155, pp. 197-212, 2016.
[14]              [Delbariani-Nejad, A., Farrokhabadi, A. and Jafari, S.R., An energy based approach for reliability analysis of delamination growth under mode i, mode ii and mixed mode i/ii loading in composite laminates, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 145, pp. 287-298, 2018.
[15]              Box, G.E. and Wilson, K.B., On the experimental attainment of optimum conditions, Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Methodological), Vol. 13, pp. 1-38, 1951.
[16]              Giunta, A.A., Aircraft multidisciplinary design optimization using design of experiments theory and response surface modeling methods, Virginia Tech, 1997.
[17]              Bucher, C.G. and Bourgund, U., A fast and efficient response surface approach for structural reliability problems, Structural safety, Vol. 7, pp. 57-66, 1990.
[18]              Lemaire, M., Structural reliability, John Wiley & Sons, 2013.
[19]              Rosenblatt, M., Remarks on a multivariate transformation, The annals of mathematical statistics, Vol. 23, pp. 470-472, 1952.
[20]              Xiaoping, D., Probabilistic engineering design, Teaching Notes, September, 2005.
[21]              ASTM, D., 5528-01: Standard test method for mode i interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber-reinforced polymer matrix composites, Annual book of ASTM Standards, Vol. 15, 2001.
[22]              WK22949, A., New test method for determination of the mode ii interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber-reinforced polymer matrix composites using the end-notched flexure (enf) test, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, 2009.
[23]              ASTM, D., 6671/d 6671m-06. Standard test method for mixed mode i–mode ii interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber reinforced polymer matrix composites, Annual book of ASTM Standards, Vol. 15, 2004.
[24]              Kenane, M. and Benzeggagh, M., Mixed-mode delamination fracture toughness of unidirectional glass/epoxy composites under fatigue loading, Composites Science and Technology, Vol. 57, pp. 597-605, 1997.
[25]              Kenane, M., Delamination growth in unidirectional glass/epoxy composite under static and fatigue loads, Physics Procedia, Vol. 2, pp. 1195-1203, 2009.
[26]              Der Kiureghian, A., Haukaas, T. and Fujimura, K., Structural reliability software at the university of california, berkeley, Structural safety, Vol. 28, pp. 44-67, 2006.
[27]              Cheng, G., Xu, L. and Jiang, L., A sequential approximate programming strategy for reliability-based structural optimization, Computers & Structures, Vol. 84, pp. 1353-1367, 2006.
[28]              Ducept, F., Davies, P. and Gamby, D., An experimental study to validate tests used to determine mixed mode failure criteria of glass/epoxy composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 28, pp. 719-729, 1997.