الگوی لولاهای گسیختگی در پنل‌های چندلایه کامپوزیتی تحت بارگذاری خارج از صفحه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی‌وحرفه ای، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران‌ و محیط‌زیست، دانشگاه تمپل، فیلادلفیا، آمریکا

چکیده

عملکرد مناسب چندلایه‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف در برابر بارهای خارج‌ازصفحه مورد توجه تحقیقات زیادی قرار گرفته است. در این تحقیق سه نوع لایه‌چینی متفاوت دارای الیاف متعامد، تقویت‌شده در راستای طولی و چندلایه‌های دارای الیاف بافته‌شده از جنس الیاف شیشه و رزین وینیل‌استر با روش قالب‌گیری رزین تزریق‌شده تحت فشار ساخته شده و برای دو نسبت منظر در پنل‌ها تحت بار متمرکز قرار گرفت. نمونه‌های آزمایشگاهی توسط مدل‌های المان‌محدود شبیه‌سازی شده و مودهای مختلف شکست شامل آسیب ماتریس و الیاف ملاحظه گردید تا الگوی مفاصل خرابی در خلال فروریزش پنل‌ها پیش‌بینی شود. مطابق با نتایج، فروریزش پنل‌ها با تشکیل دو لولای گسیختگی به‌صورت قطری در اطراف ناحیه کمانش کرده از پنل آغاز و موجب کاهش سفتی پنل شده و در ادامه با فعال شدن لولای گسیختگی سوم بر روی ناحیه کمانش کرده، عوامل فروریزش کامل شد. مقادیر بیشینه پارامترهای مقاومت باقیمانده و جذب انرژی پس از گسیختگی در مورد پنل‌های دارای لایه‌گذاری متعامد ملاحظه شد، هرچند الگوی خطوط خرابی در مدل‌های مختلف مشابه بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Cantwell WJ, Morton J. The significance of damage and defects and their detection in composite materials. J Strain Anal. 1992;27(1):29-42.
  • Poon C, Benak T, Gould R. Assessment of impact damage in toughened resin composites. Theor Appl Fract Mechan. 1990;13(2):81-97.
  • Huang JY. Prediction of the residual strength of laminated composites subjected to impact loading. J Mater Proc Technol. 1995;54:205-210.
  • Richardson MOW, Wisheart MJ. Review of low-velocity impact properties of composite materials. Comp Part A 1996;2:1123-231.
  • Baumann RA. Weisgerber FE. Yield‐Line Analysis of Slabs‐on‐Grade. Journal of Structural Engineering, 1983;109(7):1553–68.
  • Gilbert M, He L, Smith CC, Le CV. Automatic yield-line analysis of slabs using discontinuity layout optimization. Proc Math Phys Eng Sci. 2014;8:470(2168).
  • Ghelli D, Minak G. Low velocity impact and compression after impact tests on thin carbon/epoxy laminates. Compos Part B-Eng. 2011;42(7):2067-279.
  • Saito H, Morita M, Kawabe K, et al. Effect of ply-thickness on impact damage morphology in CFRP laminates. J Reinf Plast Comp. 2011;30(13):1097-106.
  • Wang B, Wu LZ, Ma L, Feng JC. Low-velocity impact characteristics and residual tensile strength of carbon fiber composite lattice core sandwich structures. Compos Part B-Eng. 2011;42(4):891-7.
  • Liu H, Falzon BG, Tan W. Predicting the Compression-After- Impact (CAI) strength of damage-tolerant hybrid unidirectional/woven carbon-fiber reinforced composite laminates. Compos Part A-Appl Sci. 2018;105:189–202.
  • Caputo F, De Luca A, Lamanna G, Borrelli R, Mercurio U. Numerical study for the structural analysis of composite laminates subjected to low velocity impact. Compos Part B-Eng. 2014;67:296–302.
  • Gonzalez EV, Maimi P, Martin-Santos E, et al. Simulating drop weight impact and compression after impact tests on composite laminates using conventional shell finite elements. Int J Solids Struct. 2018;144:230–47.
  • Gonzalez EV, Maimi P, Camanho PP, Turon A, Mayugo JA. Simulation of drop-weight impact and compression after impact tests on composite laminates. Compos Struct. 2012;94(11):3364–78.
  • Thorsson SI, Waas AM, Rassaian M. Low-velocity impact predictions of composite laminates using a continuum shell based modeling approach Part b: BVID impact and compression after impact. Int J Solids Struct. 2018;155:201-12.
  • Yan H., Oskay C., Krishnan A., Xu LR. Compression-after-impact response of woven fiber-reinforced composites. Compos Sci Technol. 2010;70(14):2128-36.
  • Craven R, Iannucci L, Olsson R. Delamination buckling: A finite element study with realistic delamination shapes, multiple delaminations and fibre fracture cracks. Compos Part A-Appl Sci. 2010;41(5):684-92.
  • Hosseini SA, Sadighi M, Moghadam RM. Low-velocity impact behavior of hollow core woven sandwich composite: Experimental and numerical study. J Compos Mater. 2015;49:3285–95.
  • Asaee Z, Taheri F. Experimental and numerical investigation into the influence of stacking sequence on the low-velocity impact response of new 3D FMLs. Compos Struct. 2016;140:136-46.
  • Shokrieh MM, Ghajar M, Salamattalab M, Madoliat R. Progressive damage modeling of laminated composites by considering simultaneous effects of interlaminar and intralaminar damage mechanisms. In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, 2015;2:1-8.
  • Taheri-Behrooz F, Bakhshan H. Tensile characteristic length determination of notched woven composite laminates by means of progressive damage analysis. In Persian, Mechanical Engineering of Modares, 2015;15(8):360-70.
  • Hasanalizadeh F, Dabiryan H, Sadighi M. A semi- empirical model to predict the low-velocity impact behavior of weft-knitted spacer fabrics reinforced composites. In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, 2018;5(1):117-26.
  • Chaparian Y, Kabiri A, Khaje Arzani H, Gerami G. Experimental and Numerical Investigation of High Velocity Impact Resistance in Fiber Metal Laminates. In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, 2018;5(1):99-108.
  • علیائی م.، فلاحتگر س. تحلیل عددی عملکرد بالستیکی الیاف بافته شده چندلایه با استحکام بالا و بررسی تاثیر اصطکاک بین الیاف تحت بار ضربه ای سرعت بالا . مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، 1398 د. 49، ش. 1، ص 199-208.
  • سروش م.، ملک‌زاده فرد ک.، حسن‌زاده س.، شهروی م. بررسی تجربی و عدد کامپوزیت تقویت شده با پارچه حلقوی-پودی تحت ضربه سرعت بالا. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، 1400، د. 51، ش. 2، ص 93-102.
  • نظری ع. بررسی رفتار باربری و خرابی پیشرونده در پنل های ساندویچی با هسته فوم الاستومری تحت بار دومحوره. پایان‌نامۀ‌ دکتری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1394.
  • Hashin Z. On elastic behavior of fibers reinforced materials of arbitrary transverse phase geometry. J Mech Phys Solids, 1965;13:119-34.
  • Hashin Z. Rotem A. A fatigue criterion for fiber reinforced materials. J. Compos. Mater., 1973;7,448-64.
  • Nazari AR, Kabir MZ, Hosseni-Toudeshky H. Investigation into stiffness degradation progress in Glass/Vinylester laminated beams under large deformations. Scientia Iranica A 2018;25(5):2389-403.
  • ABAQUS, Analysis user’s manual. Version 6.10, ABAQUS Inc, 2010.
  • Camanho PP, Davila CG. Mixed-mode decohesion finite elements for the simulation of delamination in composite materials. NASA/TM-2002-211737, 2002.
  • Maimi P, Camanho PP, Mayugo JA, Davila CG. A thermodynamically consistent damage model for advanced composites. NASA/TM-2006-214282, 2006.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار