جستجو در:
دوره 22، شماره 12 - ( آذر 1401 )
جلد 22 شماره 12 صفحات 769-759 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Ghadami M, Ghajar R. Experimental, Analytical, and Numerical Investigation of Damage Mechanics of the Cross-ply Composite Laminate with Matrix Crack. Modares Mechanical Engineering 2022; 22 (12) :759-769
URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-63229-fa.html
URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-63229-fa.html
قدمی مهرداد، قاجار رحمت الله. بررسی مکانیک آسیب تجربی، تحلیلی و عددی کامپوزیت متعامد دارای ترک ماتریس. مهندسی مکانیک مدرس. 1401; 22 (12) :759-769
مهرداد قدمی1 
، رحمت الله قاجار* 2
، رحمت الله قاجار* 2
1- دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی
2- دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ،ghajar@kntu.ac.ir
2- دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ،
چکیده: (1361 مشاهده)
هرگاه یک ورق کامپوزیتی چندلایه، تحت بارگذاری کششی شبه¬استاتیک یا بارگذاری خستگی قرار گیرد، چندین نوع آسیب در آن ایجاد می¬شود؛ از جمله ترک¬های ماتریس، ترک¬های ثانویه و لایه¬لایه¬شدگی. اولین نوع آسیب، ترک¬های ماتریس¬اند که در لایه¬های دارای زاویه نسبت به جهت بارگذاری بوجود می¬آیند. این ترک¬ها اگرچه منجر به گسیختگی نمی¬شوند، اما خواص مکانیکی معادل ورق کامپوزیت را کاهش می¬دهند و می¬توانند باعث واماندگی سازه گردند. در این مقاله، یک مدل تحلیلی غیرخطی جدید، برای پیش¬بینی کاهش سفتی ورق¬های کامپوزیت متعامد ارائه و بکار گرفته می¬شود. بدین منظور، یک تابع چندجمله¬ای درجه سوم بعنوان انرژی آزاد هلمهولز پیشنهاد و پس از بررسی تحلیلی تابع پیشنهادی، روابط مربوطه استخراج می¬گردند. سپس برای اعمال روند افزایش تعداد ترک¬های ماتریس در روابط، یک آزمایش تجربی میکروسکوپی طراحی و در مورد کامپوزیت متعامد شیشه/اپوکسی استفاده می¬شود. همچنین برای تعیین ثوابت آسیب موجود در روابط استخراج¬شده، مدل¬های میکرومکانیکی اجزا محدود به همراه شرایط مرزی تناوب (PBC) بکار می¬رود. نتایج این مدل با شبیه¬سازی¬های عددی میکرومکانیکی سه¬بعدی، آزمایش¬های تجربی بارگذاری-باربرداری تک¬محوره شبه¬استاتیک و پژوهش¬های پیشین صحت¬سنجی می¬گردند. نتایج نشان می¬دهند که مدل پیشنهادی نسبت به مدل¬های خطی و غیرخطی پیشین، پیش¬بینی¬های دقیق¬تری ارائه می¬کند. همچنین با استفاده از روش میکروسکوپی پیشنهادی، روند افزایش تعداد ترک¬های ماتریس به راحتی شناسایی می¬گردد.
نوع مقاله: پژوهشی اصیل |
موضوع مقاله:
مکانیک آسیب
دریافت: 1401/5/8 | پذیرش: 1401/7/4 | انتشار: 1401/9/10
دریافت: 1401/5/8 | پذیرش: 1401/7/4 | انتشار: 1401/9/10
فهرست منابع
1. [1] Keshavarz A, Ghajar R. Effect of isotropic and anisotropic damage and plasticity on ductile crack initiation. International Journal of Damage Mechanics. 2019 Jun;28(6):918-42. [DOI:10.1177/1056789518802625]
2. [2] Ghajar R, Khalili SM, Yarmohammad Tooski M, Alderliesten RC. Investigation of the response of an aluminium plate subjected to repeated low velocity impact using a continuum damage mechanics approach. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2015 Apr;38(4):475-88. [DOI:10.1111/ffe.12248]
3. [3] Karimi M, Ghajar R, Montazeri A. A novel interface-treated micromechanics approach for accurate and efficient modeling of CNT/polymer composites. Composite Structures. 2018 Oct 1;201:528-39. [DOI:10.1016/j.compstruct.2018.05.140]
4. [4] Shajari AR, Ghajar R, Shokrieh MM. Multiscale modeling of the viscoelastic properties of CNT/polymer nanocomposites, using complex and time-dependent homogenizations. Computational Materials Science. 2018 Feb 1;142:395-409. [DOI:10.1016/j.commatsci.2017.10.006]
5. [5] Ghajar R, Khalili SM, Yarmohammadi M. Experimental and numerical investigation on repeated low velocity impact response of aluminum plate using continuum damage mechanics approach. Modares Mechanical Engineering. 2014 Sep 10;14(6):52-62.
6. [6] Mohammadi B, Salimi-Majd D, Hossain Ali-Bakhshi M. Analysis of composite skin/stringer debonding and failure under static loading using cohesive zone model. Modares Mechanical Engineering. 2015 Jan 1;14(10).
7. [7] Roknabadi MH, Mahmoodi MJ. Modeling of the effects of progressive anisotropic damage on the elastoplastic behavior of metal matrix composites. Modares Mechanical Engineering. 2016 Oct 10;16(8):65-74.
8. [8] Farrokhabadi A, Neyestani S, Akbari D, Sarkhosh R. Assessment of delamination growth due to matrix cracking in hybrid Glass-Kevlar composite laminates using experimental, numerical and analytical methods. Engineering Fracture Mechanics. 2021 Apr 15;247:107691. [DOI:10.1016/j.engfracmech.2021.107691]
9. [9] Gholami P, Farsi MA, Kouchakzadeh MA. Stochastic fatigue life prediction of Fiber-Reinforced laminated composites by continuum damage Mechanics-based damage plastic model. International Journal of Fatigue. 2021 Nov 1;152:106456. [DOI:10.1016/j.ijfatigue.2021.106456]
10. [10] Mohammadi B, Shokrieh MM, Jamali M, Mahmoudi A, Fazlali B. Damage-entropy model for fatigue life evaluation of off-axis unidirectional composites. Composite Structures. 2021 Aug 15;270:114100. [DOI:10.1016/j.compstruct.2021.114100]
11. [11] Reiner J, Feser T, Waimer M, Poursartip A, Voggenreiter H, Vaziri R. Axial crush simulation of composites using continuum damage mechanics: FE software and material model independent considerations. Composites Part B: Engineering. 2021 Nov 15;225:109284. [DOI:10.1016/j.compositesb.2021.109284]
12. [12] Lorenz SJ, Sadeghi F, Trivedi HK, Rosado L, Kirsch MS, Wang C. A continuum damage mechanics finite element model for investigating effects of surface roughness on rolling contact fatigue. International Journal of Fatigue. 2021 Feb 1;143:105986. [DOI:10.1016/j.ijfatigue.2020.105986]
13. [13] Ghatrehsamani S, Akbarzadeh S, Khonsari MM. Application of continuum damage mechanics to predict wear in systems subjected to variable loading. Tribology Letters. 2021 Dec;69(4):1-9. [DOI:10.1007/s11249-021-01539-2]
14. [14] Farrokhabadi A, Bahrami M, Babaei R. Predicting the matrix cracking formation in symmetric composite laminates subjected to bending loads. Composite Structures. 2019 Sep 1;223:110945. [DOI:10.1016/j.compstruct.2019.110945]
15. [15] Talreja R, Singh CV. Damage and failure of composite materials. Cambridge University Press; 2012 Jun 7. [DOI:10.1017/CBO9781139016063]
16. [16] Talreja R. A synergistic damage mechanics approach to durability of composite material systems. Progress in Durability Analysis of Composite Systems. 1996:117-29. [DOI:10.1115/IMECE1997-0659]
17. [17] Talreja R. Damage analysis for structural integrity and durability of composite materials. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2006 Jul;29(7):481-506. [DOI:10.1111/j.1460-2695.2006.00974.x]
18. [18] Talreja R. Damage and fatigue in composites-a personal account. Composites Science and Technology. 2008 Oct 1;68(13):2585-91. [DOI:10.1016/j.compscitech.2008.04.042]
19. [19] Varna J, Joffe R, Akshantala NV, Talreja R. Damage in composite laminates with off-axis plies. Composites Science and Technology. 1999 Nov 1;59(14):2139-47. [DOI:10.1016/S0266-3538(99)00070-6]
20. [20] Varna J, Akshantala NV, Talreja R. Crack opening displacement and the associated response of laminates with varying constraints. International Journal of Damage Mechanics. 1999 Apr;8(2):174-93. [DOI:10.1177/105678959900800205]
21. [21] Varna J, Krasnikovs A, Kumar RS, Talreja R. A synergistic damage mechanics approach to viscoelastic response of cracked cross-ply laminates. International Journal of Damage Mechanics. 2004 Oct;13(4):301-34. [DOI:10.1177/1056789504042457]
22. [22] Singh CV, Talreja R. Analysis of multiple off-axis ply cracks in composite laminates. International Journal of Solids and Structures. 2008 Aug 1;45(16):4574-89. [DOI:10.1016/j.ijsolstr.2008.04.004]
23. [23] Singh CV, Talreja R. A synergistic damage mechanics approach for composite laminates with matrix cracks in multiple orientations. Mechanics of materials. 2009 Aug 1;41(8):954-68. [DOI:10.1016/j.mechmat.2009.02.008]
24. [24] Singh CV, Talreja R. Evolution of ply cracks in multidirectional composite laminates. International Journal of solids and structures. 2010 May 15;47(10):1338-49. [DOI:10.1016/j.ijsolstr.2010.01.016]
25. [25] Singh CV. A higher order synergistic damage model for prediction of stiffness changes due to ply cracking in composite laminates. CMC: Computers, Materials. 2013 Apr 1:227-49.
26. [26] Montesano J, Singh CV. Progressive failure analysis of polymer composites using a synergistic damage mechanics methodology. InAdvanced Composites for Aerospace, Marine, and Land Applications 2014 (pp. 147-155). Springer, Cham. [DOI:10.1002/9781118888414.ch13]
27. [27] Montesano J, Singh CV. A synergistic damage mechanics based multiscale model for composite laminates subjected to multiaxial strains. Mechanics of Materials. 2015 Apr 1;83:72-89. [DOI:10.1016/j.mechmat.2015.01.005]
28. [28] Montesano J, Singh CV. Predicting evolution of ply cracks in composite laminates subjected to biaxial loading. Composites Part B: Engineering. 2015 Jun 15;75:264-73. [DOI:10.1016/j.compositesb.2015.01.039]
29. [29] Montesano J, Singh CV. Critical stiffness damage envelopes for multidirectional laminated structures under multiaxial loading conditions. Materials & Design. 2016 Feb 5;91:218-29. [DOI:10.1016/j.matdes.2015.11.110]
30. [30] Berton T, Najafi F, Singh CV. Development and implementation of a multi-scale model for matrix micro-cracking prediction in composite structures subjected to low velocity impact. Composites Part B: Engineering. 2019 Jul 1;168:140-51. [DOI:10.1016/j.compositesb.2018.12.033]
31. [31] Pao WY, Haldar S, Singh CV. Performance analysis of composite helicopter blade using synergistic damage mechanics approach. AIAA Journal. 2020 Feb;58(2):968-76. [DOI:10.2514/1.J058503]
32. [32] ASTM. D3039/D3039M-17, Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. ASTM International; 2017.
33. [33] ASTM. D5379/D5379M-19e1, Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method. ASTM International; 2021.
34. [34] Christensen RM. Tensor transformations and failure criteria for the analysis of fiber composite materials. Journal of Composite Materials. 1988 Sep;22(9):874-97. [DOI:10.1177/002199838802200906]
35. [35] Murakami S. Continuum damage mechanics: a continuum mechanics approach to the analysis of damage and fracture. Springer Science & Business Media; 2012 Feb 24. [DOI:10.1007/978-94-007-2666-6]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |