علوم و فناوری کامپوزیت

مدل‌سازی تکامل آسیب ورق کامپوزیتی تحت ضربه‌ی کم سرعت خارج از مرکز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران

4 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

در کار حاضر، ضربه کم سرعت عرضی خارج از مرکز روی مکان‌های مختلف از ورق کامپوزیتی شیشه/اپوکسی به‌صورت تجربی و عددی بررسی می‌شود. آزمایش‌های ضربه کم سرعت توسط دستگاه وزنه افتان صورت می‌پذیرد و در ساخت نمونه‌های کامپوزیتی از روش تزریق به‌کمک خلا استفاده می‌شود. در شبیه‌سازی رفتار ورق کامپوزیتی تحت ضربه، از نرم افزار المان محدود آباکوس/ صریح استفاده شده و کد‌نویسی آسیب با استفاده از زیر‌برنامه وی یو مت انجام می‌گیرد. به‌منظور توصیف موثر آسیب درون لایه‌ای ورق کامپوزیتی، دو مدل سه بعدی آسیب پیشرونده به‌صورت خطی و نمایی به‌کار گرفته می‌شود و برای پیش بینی شروع آسیب در لایه‌ها، از معیار تخریب هاشین سه بعدی استفاده می‌شود. در هر دو مدل‌ ارایه شده، پیشروی آسیب به‌صورت توابعی از انرژی‌های شکست، ضمن معرفی طول مشخصه برای المان‌های جامد در نظر گرفته می‌شود. تاریخچه نیرو- زمان و بالاترین حد نیروی تماسی در سطوح انرژی ضربه‌ی مختلف و روی سه مکان با مختصات متفاوت روی ورق، برای مقایسه بین نتایج تجربی و عددی ارایه می‌شوند. علاوه بر بررسی این نتایج، با قیاس شکل و اندازه آسیب پیش بینی شده عددی و مشاهدات تجربی می‌توان به سودمندی و کارایی روش‌های ارایه شده صحه گذاشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling damage evolution of composite laminates under low velocity off-center impact

نویسندگان [English]

  • Azadeh Arjangpay 1
  • Abolfazl Darvizeh 2
  • Mehdi Yarmohammad Tooski 3
  • Reza Ansari 4

1 - Department of Mechanical Engineering, Guilan University, Rasht, Iran

2 Department of Mechanical Engineering, Guilan University, Rasht, Iran

3 Department of Mechanical Engineering, IAU, South Tehran branch, Tehran, Iran

4 Department of Mechanical Engineering, Guilan University, Rasht, Iran

چکیده [English]

In the current study, low velocity off-center impacts of glass/epoxy laminates considering different impact locations are investigated experimentally and numerically. Low velocity impact tests are performed using an instrumented drop-weight machine and the composite specimens are formed through the use of the vacuum infusion process. To simulate low velocity impact properties of the composite, the finite element software ABAQUS/Explicit is employed. The damage model is implemented in the FE code by a user-defined material subroutine (VUMAT). In order to effectively describe the progressively intralaminar damage for composite laminates, two three-dimensional progressive damage models are presented exponentially and linearly and for predicting damage initiation of composite plates, 3D Hashin’s failure criterion is chosen. Both damage models are established as functions of energy dissipated by damage in addition to introducing the characteristic length for each three dimensional solid element. The contact force-time histories and peak loads are obtained to compare the numerical and the experimental results at several impact energy levels and three different impact locations of the composite plates. In addition to these achievements, the comparison of the numerically predicted damage pattern and damage size and those observed experimentally can verify the efficiency of the present models

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low velocity impact
  • progressive damage
  • Composite laminates
  • Dropped weight equipment
مراجع
 [1] Abrate, H., “Impact on Composite Structures,” Cambridge (UK): Cambridge University Press, 1998.
 [2] Matthews, F. L., “Finite Element Modelling of Composite Materials and Structures,” Taylor & Francis, 2000.
 [3] Tan, S. C., “A Progressive Failure Model for Composite Laminates Containing Openings,” Journal of composite material, Vol. 25, No. 5 pp. 556–577, 1991.
[4] Chang, F. K., “A Progressive Damage Model for Laminated Composites Containing Stress Concentrations,” Journal of Composite Materials, Vol. 21, No. 9, pp. 834–855, 1987.
[5] Camanho, P. P. and Davila, C.G., “Mixed-Mode Decohesion Finite Elements For The Simulation Of Delamination In Composite Material,” NASA-Technical paper, Vol. 211737, No. 1, pp. 1-37, 2002.
[6] Kachanov, L. M., ” Introduction to Continuum Damage Mechanics,” Boston: Martinus Nijhoff Publsihers, 1987.
[7] Lemaitre, J. and Chaboche, J. L., “Mechanics of Solid Materials,” Cambridge: Cambridge University Press, 1990.
[8] Iannucci, L., Dechaene, R. Willows, M. and Degrieck, J., “A Failure Model for the Analysis of Thin Woven Glass Composite Structures Under Impact Loadings,” Computers and Structures, Vol. 79, No. 8, pp. 785–99, 2001.
[9] Donadon, M. V. Iannucci, L. Falzon, B.G. Hodgkinson, J. M. and Almeida, S. F. M., “ A Progressive Failure Model for Composite Laminates Subjected to Low Velocity Impact Damage,” Computers & Structures; Vol. 86, No. 11, pp.1232–1252, 2008.
[10] Zhang, Y. and Zhu, P., “Finite Element Analysis of Low-velocity Impact Damage in Composite Laminated Plates,” Materials & Design, Vol. 27, No. 6, pp. 513–519, 2006.
[11] Hashin, Z., “ Failure Criteria For Unidirectional Fiber Composites,” Journal of Applied Mechanics, Vol. 47, No. 2, pp. 329–334, 1980.
[12] Lapczyk, I. and Hurtado, U. A., “Progressive Damage Modeling in Fiber-Reinforced Materials,” Composites: Part A , Vol. 38, No. 11, pp. 2333–2341, 2007.
[13]Torabizadeh, M. A. Shokrieh, M. M. and Fereidoon, A., “Progressive Damage Modeling Of Glass/Epoxy Laminated Composites Under Static Load At Low Temperature,” In Persian, Journal of Modeling in Engineering, Vol. 8, No. 21, pp. 33-43, 2010.
[14] Hassanifard, S. and Feyzi, M., “Progressive Damage Investigation of Glass-Epoxy Composite Laminates under Fatigue Loading ” In Persian, Modares Mechanical Engineering,, Vol. 15, No. 4, pp. 339-347, 2015.
[15]Shokrieh, M. M. Ghajar, M. Salamattalab, M. and Madoliat, R., “Progressive Damage Modeling of Laminated Composites by ConsideringSimultaneous Effects of Interlaminar and Intralaminar DamageMechanisms,” In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 2, No. 2, pp. 1-8, 2015.
[16] Guo, W. Xue, P. and Yang, J., “Nonlinear Progressive Damage Model for Composite Laminates Used For Low-velocity Impact,” Applied Mathematics and Mechanics, Vol. 34, No. 9, pp. 1145-1154, 2013.
[17] Singh, H. Namala, K. K. and Mahanjan, P., “A Damage Evolution Study of Eglass/epoxy Composite Under Low Velocity Impact,” Composites Part B: engineering, Vol. 76, pp. 235–248, 2015.
[18] Lee, C.S. Kim, J.H. Kim, S. Ryu, D.M. and Lee, J. M., “Initial and Progressive Failure Analyses for Composite Laminates Using Puck Failure Criterion and Damage-coupled Finite Element Method,” Composite Structures, Vol. 121, pp. 406–419, 2015.
 [19] Xin, S.H. and Wen, H.M., “A Progressive Damage Model for Fiber Reinforced Plastic Composites Subjected to Impact Loading,“ International Journal of Impact Engineering, Vol. 75, pp. 40-52, 2015.
[20] Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, ASTM International, D3039/D3039M-08, West Conshohocken, PA, 2008.
[21] Namala, K. K. Mahajan, P. and Bhatnagar, N., “Digital image Correlation of Low-velocity Impact on a Glass/epoxy Composite,” International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics, Vol.7, No. 3-4, pp. 203-217, 2014
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 3، شماره 3
آذر 1395
صفحه 243-252
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار