مدل‌سازی شروع و رشد آسیب در استوانه‌های کامپوزیتی تحت بارگذاری فشار جانبی بین صفحه‌های موازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

مقاله‌ی حاضر به بررسی تجربی و عددی رفتار و چگونگی شروع و رشد آسیب در استوانه‌های کامپوزیتی رشته پیچی شده با الیاف شیشه‌ای/پلی استر تحت بارگذاری فشار جانبی بین صفحه‌های صلب موازی می‌پردازد. بدین منظور نمونه استوانه‌های کامپوزیتی به صورت صنعتی در شرکت دیبا فایبرگلاس با روش رشته پیچی گسسته با زاویه‌ی پیچش 75± ساخته شدند. نمونه‌ها تحت بارگذاری فشاری بین صفحه‌ی صلب موازی طبق استاندارد ASTM D2412-02 قرار گرفتند. در طی انجام آزمایش، نحوه‌ی رفتار سازه‌ی استوانه‌ی کامپوزیتی و چگونگی شروع و رشد آسیب در استوانه در مراحل مختلف بارگذاری ثبت شد. علاوه‌بر انجام آزمایش‌های تجربی، شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس انجام گرفت. به منظور لحاظ اثرات شروع و رشد آسیب، مدل آسیب هشین 3 بعدی استفاده شده است. جهت اعمال مدل آسیب هشین 3 بعدی، با بهره‌گیری از نرم‌افزار برنامه‌نویسی فرترن 77 زیر برنامه‌ای در قالب UMAT کد نویسی گردید. تعریف خواص مکانیکی و استحکام‌های شکست استوانه‌ی کامپوزیتی، بر اساس اندازه‌گیری خواص الیاف و رزین به طور جداگانه طبق استانداردهای مربوطه و با استفاده از روابط میکرو مکانیک ‌لایه‌ها انجام گرفت. در تمامی آزمایش‌های انجام شده مشاهدات تجربی شامل سطح شکست به وجود آمده در اثر بارگذاری و علت وقوع مکانیزم‌های مختلف آسیب ایجاد شده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. مقایسه‌ی نتایج حاصل از آزمایش‌های تجربی با نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی توافق مناسبی با یکدیگر دارند. بنابراین مدل‌سازی انجام شده قابلیت پیش‌بینی مناسب رفتار استوانه‌ی کامپوزیتی تحت شرایط بارگذاری مورد بررسی را داراست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modeling the Onset and Growth of Damage in Composite Cylinders Under Lateral Pressure Loading Between Parallel Plates

نویسندگان [English]

  • amin dadashi
  • Gholam Hosein Rahimi
Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

The present paper examines the experimental and numerical investigations of the behavior and initiation by development of the filament wound glass fiber/polyester composite cylinders under loading of the pressure between the by parallel rigid plates.For this purpose, composite cylinder samples were manufactured industrially in DIBA Fiberglass Corporation using a discrete filament winding method with winding angle equal to ±75 degree. The samples were pressurized by means of two parallel rigid plates according to ASTM D2412-02 standard. During the test, the behavior of the composite cylinder structure and initiation by development the damage in the cylinder were recorded at different stages of loading. In addition to performing experimental tests, numerical simulation was performed using ABAQUS commercial software. In order to take into account the effects of initiation by development of damage, the 3D Hashin damage model has been used. To apply Hashin’s three dimensional damage model, a UMAT subroutine coding procedure was conducted using Fortran 77 program. Mechanical properties and composite cylinder fracture strengths were obtained by measuring fiber and resin properties based on the relative standard and then separately by micro mechanical relations concerning the layers. In all test, experimental observations, including the level of failure due to loading and the cause of the occurrence of different mechanisms of damage, have been discussed. Comparison of the results of the experimental tests with the result of numerical simulation has a good agreement with each other. Therefore, the simulation has potential for predicting behavior of the composite cylinders under the loading conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite cylinder
  • onset and growth of damage
  • 3D Hashin criteria
  • UMAT subroutine