مدل شبکۀ عصبی برای پیش‌بینی نیروی شروع آسیب در تورق مود 1 مواد کامپوزیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، یک مدل شبکۀ عصبی مصنوعی به‌منظور بررسی شروع رشد ترک در مواد کامپوزیت در حالت بارگذاری عمودی ارائه شده است. ابتدا، یک مدل المان محدود، با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS، برای شبیه‌سازی تورق در مواد کامپوزیت تحت بارگذاری مود 1، ایجاد شده است. برای راستی آزمایی مدل اجزاء محدود، منحنی نیرو- جابه‌جایی شبیه‌سازی عددی با نمودار تجربی مربوطه مقایسه می‌شود. شبیه‌سازی‌های مختلفی با مقادیر متفاوت طول اولیۀ ترک و ضخامت نمونه، اجرا می‌شوند. نیروی لازم برای شروع رشد ترک در هر شبیه‌سازی، از نمودار نیرو- جابه‌جایی مربوطه، محاسبه می‌شود. این داده‌ها برای توسعۀ مدل شبکۀ عصبی مصنوعی، که قادر به پیش‌بینی نیروی لازم برای شروع رشد ترک در بارگذاری مود 1 برای هر مقدار دلخواه طول اولیۀ ترک و ضخامت نمونه است، به کار می‌رود. شبکۀ توسعه یافته، دو سلول عصبی ورودی دارد و نیروی لازم برای شروع آسیب در لایۀ خروجی محاسبه می‌شود. کارایی مناسب شبکۀ عصبی مصنوعی، با مقایسۀ نتایج آن با شبیه‌سازی‌های اجزاء محدود نشان داده شده است. تطابق خوب خروجی‌ها و اهداف در نمودارهای رگرسیون، نشان می‌دهد که پاسخ شبکۀ عصبی رضایت‌بخش است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Kumar A., Roy S., Characterization of mixed mode fracture properties of nanographene reinforced epoxy and Mode I delamination of its carbon fiber composite, Composites Part B, 134, pp. 98-105, 2018.
[2]  Hsieh T.H. and Huang Y.S., The mechanical properties and delamination of carbon fiber-reinforced polymer laminates modified, with carbon aerogel, J Mater Sci , 52, pp. 3520–3534, 2017.
[3]  Pappasa G., Joncasb S., Michaudc V., Botsisa J., The influence of through-thickness reinforcement geometry and pattern on delamination of fiber-reinforced composites: Part I – Experimental results, Composite Structures, 184, 924–934, 2018.
[4]  Zhao L., Li Y., Zhang J., Zhou L., Hu N., A novel material degradation model for unidirectional CFRP composites, Composites Part B, 135, pp. 84-94, 2018.
[5]  La Saponara V., Muliana H., Haj-Ali R., et al., Experimtal and numerical analysis of delamination growth in double cantilever laminated beams, Eng Fract Mech; 69, pp. 687-699, 2002.
[6]  Schuecker C and Davidson BD., Evaluation of the accuracy of the four-point bend end-notched flexure test for mode II delamination toughness determination, Comp Sci Technol , 60, pp. 2137-2146, 2000.
[7]   Reeder JR, Crews JR., Mixed-mode bending method for delamination testing,  AIAA J , 28, pp. 1270-1276, 1990.
[8]  Turon A, Camanho PP, Costa J, et al., A damage model for the simulation of delamination in advanced composites under variable mode loading, Mech Mater, 38, pp. 1079-1089, 2006.
[9]  Alfano G and Crisfield MA., Finite element interface models for delamination analysis of laminated composites mechanical and computational issues,  Int J Numer Methods Eng, 50, pp. 1701-36, 2001.
[10]             Naghipour P, Bartsch M, Voggenreiter H., Simulation and experimental validation of mixed mode delamination in multidirectional CF/PEEK laminates under fatigue loading, Int J Solids Struct , 48, pp. 1070-1081, 2011.
[11]             Kawashita LF and Hallett SR., A crack tip tracking algorithm for cohesive interface element analysis of fatigue delamination propagation in composite materials,  Int J Solids Struct, 49, pp. 2898-2913, 2012.
[12]             Dasa S, Choudhurya P, Haldera S, et al., Stress and free edge delamination analysis of delaminated composite structure using ANSYS,  Procedia Eng, 64, pp. 1364-1373, 2013.
[13]             Rice JR., A path independent integral and the approximate analysis of strain concentrations by notches and cracks,  J Appl Mech, 35, pp. 379-386, 1968.
[14]             Rybicki EF and Kanninen MF., A finite element calculation of stress intensity factors by a modified crack closure integral,. Eng Fract Mech, 9, pp. 931-936, 1977.
[15]             Ladeveze P, Guitard L, Champaney L, et al., Debond modeling for multidirectional composites, Comp Appl Mech Eng, 183, pp. 109-122, 2000.
[16]             Allix O and Blanchard L., Meso-modeling of delamination: towards industrial applications, Compos Sci and Technol, 66, pp. 731-744, 2006.
[17]             Harper PW and Hallett SR., Cohesive zone length in numerical simulations of composite delamination, Eng Fract Mech, 75, pp. 4774-4792, 2008.
[18]             Lu X., Ridha M., Chen B.Y., Tan V.B.C, Tay T.E., On Cohesive Element Parameters and Delamination Modelling, Engineering Fracture Mechanics, 206, pp. 278–296, 2019
[19]             Agrawal A., Ben Jar, P.Y., Analysis of specimen thickness effect on interlaminar fracture
toughness of fibre composites using finite element models, Composites Science and Technology, 63, pp. 1393–1402, 2003
[20]             Brugo T., Palazzetti R., The effect of thickness of Nylon 6,6 nanofibrous mat on Modes I–II
fracture mechanics of UD and woven composite laminates, Composite Structures, 154, pp. 172–178, 2016
[21]             Irwin G.R., Kies J.A., Critical energy rate analysis for fracture strength, Weld J Res Suppl., 19, pp.193–198, 1954.
[22]             Ripley BD. Pattern Recognition and Neural Networks. Cambridge: Cambridge University Press, 1996.
[23]             Hen Y and Hwang JN., Handbook of Neural Network Signal Processing, Boca Raton: CRC press, 2001.
[24]             Hornik K, Stinchcombe M, White H., Multilayer feedforward neural networks are universal approximators, Neural Networks , 2, pp. 359-366, 1989.
[25]             Poggio T and Girosi F., Networks for Approximation and Learning, Proceedings of the IEEE: Technical Report 1140, AIM, 1989.
[26]             Sanger TD., Optimal unsupervised learning in a single layer linear feed-forward neural network, Neural Networks, 2, pp. 459-473, 1989.
[27]             Neto J.A.B.P., Campilho R.D.S.G.,.Da Silva L.F.M., Parametric study of adhesive joints with composites, International Journal of Adhesion & Adhesives, 37, pp. 96–101, 2012.
[28]             Barbero, E.J, Introduction to composite materials design, CRC Press Taylor & Francis Group, NewYork, 2nd Edition, pp. 25, 2011.
[29]             Jourdain G., Delamination Studies on Composite Materials: C-Peek, C-977-UD and C-Geb-977, Master Thesis, DLR German Aerospace Center, Germany, 2006. http://elib.dlr.de/21766/