مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه مدل المان محدود مبتنی بر تئوری عقب‌افتادگی برشی برای پیش‌بینی تنش ناشی از خزش کامپوزیت Al/SiC

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
چکیده
در پژوهش حاضر روش المان محدود براساس مدل تحلیلی عقب‌افتادگی برشی برای تحلیل تنش و همچنین پیش‌بینی تغییر شکل حالت پایدار خزش کامپوزیت‌های فیبر کوتاه تحت بارگذاری محوری استفاده شد. اتصال کامل بین فیبر و ماتریس فرض شده و رفتار حالت پایدار خزشی ماتریس با مدل عددی نورتون توصیف شد. شرایط مرزی اختصاصی به مدل سلول واحد اعمال شده و تکنیک فیبر مجازی مورد استفاده قرار گرفته و از نرم‌افزار ANSYS برای محاسبه تمامی تنش‌ها و کرنش‌ها در محل اتصال تقویت‌کننده به زمینه و سطح خارجی سلول واحد استفاده شد. در ادامه نتایج صحت‌سنجی شده و مقادیر تنش‌های محوری و برشی در نقاط مختلف ماده مرکب ترسیم و بحث و بررسی شدند. نتایج نشان دادند که از سلول واحد کامپوزیت می‌توان به عنوان نماینده ماده مرکب در تحلیل تنش استفاده کرد. همچنین استفاده از تکنیک تقویت‌کننده مجازی، راهکاری مفید و قابل اطمینان برای رسیدن به مدل انتقال تنش است. مدل تحقیق حاضر علاوه بر دارا بودن دقت کافی، برخلاف پژوهش‌های قبلی امکان پیش‌بینی تمامی تنش‌ها و کرنش‌ها را در تمام نقاط تقویت‌کننده و زمینه دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Finite Element Model Based on Shear-Lag Theory for Prediction of Creep Stress in Al/Sic Composite

نویسندگان English

P. Mokhtari
A. Mohammadpour Fattahi
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده English

In the present study, the finite element method based on the shear-lag model was used for stress analysis as well as deformation of the creep stable state of short fiber composites under axial loading. A perfect fiber/matrix interface is assumed and the steady-state creep behavior of the matrix is described by Norton numerical model. Special boundary conditions applied to the unit cell model and imaginary fiber technique has been used. Then ANSYS software is used for the calculation of all stresses and strains at the fiber/matrix interface and the outer surface of the unit cell. Then the results were verified and the values of axial and shear stresses at different points of the composite were investigated. The results show that the composite unit cell can be used as a composite representative for stress analysis. Also, the use of an imaginary fiber technique is a useful and reliable way to achieve a stress transfer model. This Model has sufficient accuracy and contrary to previous studies can predict all stresses and strains in all points.

کلیدواژه‌ها English

Shear-Lag
Finite element
creep
Al/Sic Composite
Morimoto T, Yamaoka T, Lilholt V, Taya M. Second stage creep of SiC Whisker/6061 aluminum composite at 573K. Journal of Engineering Material & Technology. 1988;110(2):70-76. [Link] [DOI:10.1115/1.3226032]
Hsueh CH. A two-dimensional stress transfer model for platelet reinforcement. Composites Engineering. 1994:4(10):1033-1043. [Link] [DOI:10.1016/S0961-9526(09)80005-1]
Hsueh CH, Fuller ER, Langer SA, Carter WC. Analytical and numerical analyses for two-dimensional stress transfer. Materials Science and Engineering: A. 1999;268(1-2):1-7. [Link] [DOI:10.1016/S0921-5093(99)00129-X]
Hsueh CH. Young's modulus of unidirectional discontinuous-fiber composite. Composites Science & Technology. 2000; 60(14):2671-2680. [Link] [DOI:10.1016/S0266-3538(00)00128-7]
Mondali M, Abedian A, Adibnazari S. FEM study of the second stage creep behavior of Al6061/SiC metal matrix composite. Computational Materials Science. 2005;34(2):140-150. [Link] [DOI:10.1016/j.commatsci.2004.12.063]
Kim HG. Effects of fiber aspect ratio evaluated by elastic analysis in discontinuous composites. Journal of Mechanical Science & Technology. 2008;22(3):411-419. [Link] [DOI:10.1007/s12206-007-1208-1]
Mondali M, Abedian A, Ghavami A. A new analytical shear-lag based model for prediction of the steady state creep deformations of some short fiber composites. Materials & Design. 2009;30(4):1075-1084. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2008.06.039]
Nairn JA. On the use of shear-lag methods for analysis of stress transfer in unidirectional composites. Mechanics of Materials. 1997;26(2):63-80. [Link] [DOI:10.1016/S0167-6636(97)00023-9]
Nairn JA, Mendels DA. On the use of planar shear-lag methods for stress-transfer analysis of multilayered composites. Mechanics of Materials. 2001;33(6):335-362. [Link] [DOI:10.1016/S0167-6636(01)00056-4]
Nairn JA. Generalized shear-lag analysis including imperfect interfaces. Advanced Composites Letters. 2004;13(6):263-274. [Link] [DOI:10.1177/096369350401300601]
Fattahi AM, Mondali M. Analytical study on elastic transition in short-fiber composites for plane strain case. Journal of Mechanical Science & Technology. 2013;27(11):3419-3425. [Link] [DOI:10.1007/s12206-013-0864-6]
Fattahi AM, Mondali M. Theoretical study of stress transfer in platelet reinforced composites. Journal of Theoretical & Applied Mechanics. 2014;52(1):3-14. [Link]
Fattahi AM, Moaddab E, Bibishahrbanoei N. Thermomechanical stress analysis in platelet reinforced composites with bonded and debonded platelet end. Journal of Mechanical Science & Technology. 2015;29(5):2067-2072. [Link] [DOI:10.1007/s12206-015-0427-0]
Ahmadi I, Ataee N. Micromechanical modeling for prediction of the creep behavior of fibrous composite materials. Modares Mechanical Engineering. 2016;16(8):249-260. [Link]
Cox HL. The elasticity and strength of paper and other fibrous materials. British Journal of Applied Physics. 1952;3:72-79. [Link] [DOI:10.1088/0508-3443/3/3/302]
Sadd MH. Elasticity: Theory, applications, and numerics. Cambridge: Academic Press; 2014. [Link]