مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل میکرومکانیکی خرابی ماده مرکب زمینه تیتانیومی با الیاف کوتاه تحت اثر بارگذاری محوری مرکب

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباسپور)، تهران
2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباسپور)، تهران
چکیده
در این مقاله، یک مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد جهت پیش‌بینی پاسخ الاستیک-ویسکوپلاستیک ماده مرکب الیاف کوتاه هم-راستای زمینه تیتانیوم، تحت اثر بارگذاری محوری مرکب با وجود خرابی لایه میانی الیاف/زمینه ارائه می‌شود. همچنین اثرات تنش پسماند حرارتی ناشی از فرآیند ساخت ماده مرکب الیاف کوتاه در این تحلیل در نظر گرفته می‌شود. المان حجمی نماینده ماده مرکب الیاف کوتاه شامل c×r×h سلول در 3 بعد است که در آن یک چهارم الیاف توسط سلول‌های زمینه احاطه می‌شوند. جهت بدست آوردن منحنی تنش-کرنش الاستیک-ویسکوپلاستیک رفتار الیاف و زمینه به ترتیب الاستیک و الاستیک-ویسکوپلاستیک فرض می‌شوند. برای تحلیل خرابی لایه میانی، مدل جدایی لایه میانی با نرمی گشایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل اجازه پیشرفت جدایی بواسطه‌ی رهایش تنش‌های لایه میانی را حین ادامه بارگذاری کلی بر ماده مرکب، می‌دهد. نتایج بارگذاری تک محوری و دو محوری مشخص کرده است که جهت حصول پیش‌بینی‌های دقیق‌تر، در مقایسه با نتایج تجربی و مدل‌های دیگر دردسترس، بایستی هر دو عامل خرابی لایه میانی و اثر تنش پسماند حرارتی در مدل اعمال شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Micromechanical damage analysis of short fiber titanium matrix composites under combined axial loading

چکیده English

In this paper, a unit cell based micromechanical model is presented to predict the elastic-viscoplastic response of aligned short fiber titanium matrix composites subjected to combined axial loading in the presence of fiber/matrix interfacial damage. The effects of manufacturing process thermal Residual Stress (RS) are also included in the analysis. The representative volume element (RVE) of the short fiber composites consists of c×r×h cells in three dimensions in which a quarter of the short fiber is surrounded by matrix sub-cells. In order to obtain elastic-viscoplastic curves, the fiber is assumed to be linear elastic, while the matrix exhibits elastic-viscoplastic behavior. The Evolving Compliance Interface (ECI) model is employed to analysis interface damage. This model allows debonding to progress via unloading of interfacial stresses even as global loading of the composite continues. Results revealed that for more realistic predictions, in comparison with available experimental and the other models results, both interfacial damage and thermal residual stress effects should be considered in the analysis.

کلیدواژه‌ها English

Micromechanics
short fiber composites
Elastic-Viscoplastic behavior
interface damage
Thermal Residual Stress