نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

مدل‌های خرابی مبتنی بر مکانیک خرابی محیط‌های پیوسته در دهه‌های اخیر مورد توجه محققینِ حوزه‌ی خرابی در کامپوزیت‌ها قرار گرفته است. این مدل‌ها با درنظر گرفتن اثرات خرابی روی خواص مکانیکی کامپوزیت مورد بررسی و بدون مدل‌ کردن دقیق هندسه‌ی خرابی، توانسته‌‌ است که طیف وسیعی از مود‌های خرابی، بارگذاری‌ها و لایه‌چینی‌ها را تحلیل کند. این مقاله به تحلیل خرابیِ یک چند‌لایه‌ی کامپوزیتیِ دارای سوراخ مرکزی، با استفاده از مکانیک خرابی محیط‌های پیوسته می‌پردازد. در این مطالعه از مدل خرابی لادووز برای تحلیل خرابی استفاده شده است که در آن کرنش‌های ماندگار و افت سفتی ناشی از وقوع خرابی در چند‌لایه محاسبه می‌شود. این مدل به صورت زیربرنامه تعریف مدل‌های مادی در نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس پیاده شده و تحلیل خرابی برای چهار لایه‌چینی‌ s[902/02s[90/0/90/0]، s[ 452- /452] و s[45-/45/90/0] انجام گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل عددی شامل چگونگی رشد و گسترش پارامتر‌های خرابی، کرنش‌های ماندگار و کانتور تنش برای لایه‌چینی‌های مختلف ارائه شده است. علاوه بر این، آنالیز حساسیت نسبت به اندازه سوراخ برای بررسی تاثیر اندازه‌ی سوراخ بر استحکام چندلایه انجام شده و همچنین تاثیر تغییر پارامتر مادی کرنش ماندگار بر اندازه‌ی کرنش‌های ماندگار‌ مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحلیل مشخص شده است که با افزایش قطر سوراخ، استحکام چند‌لایه کاهش پیدا می‌کند و با بزرگ‌تر شدن پارامتر مادی کرنش ماندگار اندازه‌ی کرنش‌های ماندگار عرضی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Damage analysis of holed composite laminates using continuum damage mechanics

نویسندگان [English]

  • Bijan Mohammadi 1
  • Ali Kazemi 2
  • Roohallah Ghasemi 3

1 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

2 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

3 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

چکیده [English]

In recent decades, continuum damage mechanics based models, has been of interest to researchers in the area of damage in composites. These models with considering the effects of damage on the mechanical properties of composites and without considering detailed phenomenon of the damage, can analyze wide range of failure modes, loadings and layups. The aim of this paper is to analyze holed composite laminates using continuum damage mechanics. The general damage theory that serves as the foundation for the model of this paper is the model proposed by Ladeveze, which involves damage and inelastic strains to estimate residual stiffness. The Ladeveze model is implemented in a user material defined subroutine of the ABAQUS software, to analyze four different laminate sequences of [02/902]s, [0/90/0/90]s, [452/-452]s, and [0/90/45/-45]s. The analysis includes initiation and growth of damage parameters, subsequently a parametric study for the influence of diameter of hole and the inelastic strain material constant in Ladeveze model. Hence, it was shown that increasing the hole diameter, reduces the laminate strength, while the inelastic strain material constant is proportional to transverse inelastic strains

کلیدواژه‌ها [English]

  • Holed laminated composite
  • Continuum
  • Damage mechanics
  • Ladeveze model

 

 [1]   Raghavan, P. and Ghosh, S., “A Continuum Damage Mechanics Model for Unidirectional Composites Undergoing Interfacial Debonding,” Mech. Mater., Vol. 37, No. 9, pp. 955–979, 2005.

[2]    Mohammadi, B. Hosseini-Toudeshky, H. and Sadr-Lahidjani, M. H., “Damage Evolution of Laminated Composites Using Continuum Damage Mechanics Incorporate with Interface Element,” Key Eng. Mater., Vol. 385, pp. 277–280, 2008.

[3]    Chaboche, J.-L., “Continuous Damage Mechanics—a Tool to Describe Phenomena Before Crack Initiation,” Nucl. Eng. Des., Vol. 64, No. 2, pp. 233–247, 1981.

[4]    Talreja, R., “Internal Variable Damage Mechanics of Composite Materials,” Yielding, Damage, Fail. Anisotropic Solids, pp. 509–533, 1987.

[5]    Voyiadjis, G. Z., Advances in Damage Mechanics: Metals and Metal Matrix Composites: Metals and Metal Matrix Composites. Elsevier, 2012.

[6]    Barbero, E. J., Finite Element Analysis of Composite Materials Using AbaqusTM. Taylor & Francis, 2013.

[7]    Carl H. T., Mechanics of Fibrous Composites. Wiley New York, 1991.

[8]    Ladeveze, P., “A Damage Computational Method for Composite Structures,” Comput. Struct., Vol. 44, No. 1, pp. 79–87, 1992.

[9]    Ladeveze, P., “A Damage Computational Approach for Composites: Basic Aspects and Micromechanical Relations,” Comput. Mech., Vol. 17, No. 1–2, pp. 142–150, 1995.

[10]  Ladeveze. P, and LeDantec, E., “Damage Modelling of the Elementary Ply for Laminated Composites,” Compos. Sci. Technol., Vol. 43, No. 3, pp. 257–267, 1992.

[11]  Ladevèze, P. Allix, O. Deü, J.-F. and Lévêque, D., “A Mesomodel for Localisation and Damage Computation in Laminates,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., Vol. 183, No. 1, pp. 105–122, 2000.

[12]  Mohammadi, B. Hosseini-Toudeshky, H. Sadr-Lahidjani, M. H. andAivazzadeh, S., “Prediction of Inelastic Behavior of Composite Laminates Using Multi-Surface Continuum Damage-Plasticity,” Adv. Mater. Res., Vol. 47, pp. 773–776, 2008.

[13]  Mohammadi, B. Olia, H. and Hosseini-Toudeshky, H., “Intra and Damage Analysis of Laminated Composites Using Coupled Continuum Damage Mechanics with Cohesive Interface Layer,” Compos. Struct., Vol. 120, pp. 519–530, 2015.

[14] Hosseini-Toudeshky H. and Mohammadi, B., “Coupling of Continuum Damage Mechanics with De-Cohesive Element for Delamination Analysis in Laminated Composites,” Adv. Mater. Res., Vol. 123, pp. 527–530, 2010.

[15]Http://help.solidworks.com/2012/English/SolidWorks/cworks/Iterative_Solution_Methods__Newton-Raphson_(NR)_Scheme.htm, “asass.” .

[16] Hashin, Z., “Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites,” J. Appl. Mech., Vol. 47, No. 2, pp. 329–334, 1980.