مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل تحلیلی مبتنی بر میکرومکانیک برای پیش‌بینی خواص الاستیک کامپوزیت‌های با الیاف بافته‌شده

نویسندگان
1 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران دانشکده مهندسی مکانیک،
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز
چکیده
استفاده از الیاف بافته‌شده در ساخت مواد کامپوزیتی، به علت رفتار مکانیکی خاص آن‌ها گسترش یافته است. با توجه به پیچیدگی مدلسازی و شبیه‌سازی رفتار مکانیکی این نوع کامپوزیت‌ها، در این تحقیق یک مدل تحلیلی مبتنی بر میکرومکانیک برای تعیین خواص الاستیک کامپوزیت‌های با الیاف ‌بافته‌شده، توسعه داده شده است. این مدل ضمن سادگی، دقت بالایی را در پیش‌بینی خواص الاستیک ارائه می‌دهد. یکی از مهمترین عوامل مؤثر در دقت یک مدل میکرومکانیکی، اتخاذ یک روند همگن‌سازی مناسب می‌باشد. بنابراین، یک روش جدید همگن‌سازی المان حجمی معرف با استفاده از شبیه‌سازی چند‌لایه‌ها برای یک کامپوزیت با الیاف بافته‌شده توسعه داده شده است. فرایند همگن‌سازی ارائه‌شده به صورت همگن‌سازی چند‌مقیاسی می‌باشد. این مدل مبتنی بر تبدیل المان‌حجمی معرف به تعدادی زیرالمان است، به نحوی که بتوان در هر مرحله ترکیبی از زیرالمان‌ها را به عنوان یک چندلایه در نظر گرفت. برای تعیین خواص مکانیکی معادل چندلایه‌ها، به جای فرض کرنش‌ ثابت در کل چندلایه، فرضیات کرنش صفحه‌ای ثابت و تنش خارج صفحه‌ای ثابت لحاظ شده است. سپس، برای ارائه‌ی مدل نهایی، مدل همگن‌سازی پیشنهادی با یک مدل میکرومکانیکی ترکیب می‌شود. استفاده از فرضیات ارائه شده، منجر به بهبود پیش‌بینی‌های مدل میکرومکانیکی، بخصوص برای خواص خارج صفحه‌ای کامپوزیت می‌شود. کارایی روش همگن‌سازی ارائه‌شده با بررسی پنج مثال از منابع مختلف، مورد ارزیابی قرار گرفته و دقت این روش در تعیین خواص کامپوزیت بافته‌شده نشان داده شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Development of a micromechanics based analytical model for predicting the elastic properties of woven fabric composites

نویسندگان English

Mahmood Mehrdad Shokrieh 1
Roohallah Ghasemi 2
Reza Mosalmani 3
چکیده English

The application of woven fabrics in composites manufacturing has been increased because of their special mechanical behavior. Due to the complexity of modeling and simulation of these composites, in this research a micromechanics based analytical model has been developed to predict the elastic properties of woven fabric composites. The present model is simple to use and has a high accuracy in predicting the elastic properties of woven fabric composites. One of the most important effective factors on the modeling accuracy is utilizing a proper homogenization method. Therefore, a new homogenization method has been developed by using a laminate analogy based method for the woven fabric composites. The proposed homogenization method is a multi-scale homogenization procedure. This model divides the representative volume element to several sub-elements, in a way that the combination of the sub-elements can be considered as a laminated composite. To determine the mechanical properties of laminates, instead of using an iso-strain assumption, the assumptions of constant in-plane strains and constant out of plane stress have been considered. Then, the proposed homogenization model has been combined with a micromechanical model to propose the new micromechanical model. The applied assumptions improve the prediction of mechanical properties of woven fabrics composites, especially the out of plane elastic properties. The proposed model has been evaluated by comparing the predicted results with four available experimental results available in the literature, and the accuracy of the present model has been shown.

کلیدواژه‌ها English

Woven fabric composites
analytical model
Micromechanics
Homogenization