علوم و فناوری کامپوزیت

بررسی تجربی نقش تنش های سه بعدی در لبه های آزاد در خرابی چند لایه‌های کامپوزیتی تحت بار گسترده جانبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

2 دانشجوی دکترا، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهرا ن

10.22068/jstc.2020.112997.1584

چکیده

ایجاد و رشد ناگهانی تنش های برشی و عمود بر سطح بین لایه ای، در نزدیکی لبه های آزاد چندلایه کامپوزیتی که دارای لایه چینی با زوایای الیاف متفاوت است، با عنوان "اثر لبه" شناخته می شود. روش کانترویچ به عنوان یکی از فنون حل تحلیلی سه بعدی است که علاوه بر اینکه در حل مسائل الاستیسیته مورد استفاده قرار گرفته، اخیرا برای حل معادلات الاستیسیته سه بعدی چندلایه های کامپوزیتی نیز معرفی شده است. در این روش، ابتدا میدان جابجایی به صورت یک سری از حاصل ضرب توابعی تک متغیره فرض می شود. سپس با حل معادلات دیفرانسیل در یک راستای مجهول و تکرار همین روال برای دیگر راستاها، با فرض جواب به دست آمده در راستای قبلی، و با یک یا چندین تکرار محدود، مسئله حل می شود. آنچه در این تحقیق به آن پرداخته شده است در مرحله اول تهیه برنامه ای محاسباتی برای حل تئوری مسئله ورق کامپوزیتی ضخیم تحت بار گسترده عرضی بر مبنای روش کانترویچ است که نتایج آن با تحقیقات قبلی صحت سنجی شده است. در مرحله دوم که هدف اصلی از این تحقیق در آن نهفته است، آزمایش هایی برای صحه گذاری و محک زدن دقت ابزار حل تئوری در پیش بینی خرابی بر روی یک ورق کامپوزیتی با لایه چینی های گوناگون اجرا شده است. با به کار بستن معیارهای شکست متناسب و مدل کاهش خواص ماده، نشان داده شده است که پیش بینی حل تئوری توانسته زمان و موقعیت شکست را با دقت خوبی نمایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Experimental Investigation on the Effect of 3-D Stresses at Free Edges on the Failure of Composite Laminates under Distributed Lateral Load

نویسندگان [English]

  • Seyed Ali Hosseini Kordkheili 1
  • Hamed Reza Velayati 2

1 Department of Aerospace Engineering , Sharif University of Technology, Tehran, Iran

2 Department of Aerospace Engineering , Sharif University of Technology, Tehran, Iran.

چکیده [English]

Rapid increase in interlaminar and normal stresses of composite laminates with different lamina fiber directions at their free edges is known as “Free Edge Effect”. Normally three dimensional elasticity solution methods are required to analyze such plates. Kantrovitch method is one of these analytical techniques. In this method displacement field is initially assumed to be a sum of multiplication of single variable functions and then the differential equations are solved in one of the unknowns coordinate direction. The results from this solution are then implemented for next step to find known functions for other directions. The process will repeat until getting convergency. In this paper the basic concepts of the required theory are firstly introduced. The problem is then solved and results are verified with those available in the literature works. In the second main part of the paper, a test setup is introduced which is used to test various composite laminates to validate the theory results for failure prediction. Comparing failure load results are shown that there is a good agreement between the results from the analytical and experimental methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Kantrovich Method
  • Free Edge Effect
  • Composite Laminate
  • Experimental Validation
مراجع
[1]Hsu, P. W. and Herakovich, C. T., “Interlaminar Stresses in Composite Laminates: A Perturbation Analysis”, NASA, 1976.
[2]Tang, S. J. J. o. c. m., “A Boundary Layer Theory-Part I: Laminated Composites in Plane Stress”, Vol. 9, No. 1, pp. 33-41, 1975.
[3]Pagano, N. J., “Free Edge Stress Fields in Composite Laminates” International Journal of Solids and Structures, Vol. 14, No. 5, pp. 401-406, 1978.
[4]Pagano, N. J., “Stress Fields in Composite Laminates” International Journal of Solids and Structures, Vol. 14, No. 5, pp. 385-400, 1978.
[5]Becker, W. J. C. S., “Closed-Form Solution for the Free-Edge Effect in Cross-Ply Laminates”, Vol. 26, No. 1-2, pp. 39-45, 1993.
[6]Kantorovich, L. V. e. J. I., “Approximate Methods of Higher Analysis”, 1958.
[7]Kerr, A. D. J. Q. o. A. M., “An Extension of the Kantorovich Method”, Vol. 26, No. 2, pp. 219-229, 1968.
[8]Tahani, M. and  Andakhshideh, A., “Interlaminar Stresses in Thick Rectangular Laminated Plates with Arbitrary Laminations and Boundary Conditions under Transverse Loads” Composite Structures, Vol. 94, No. 5, pp. 1793-1804, 2012.
[9]Tahani, M., Andakhshideh, A. and Maleki, S., “Interlaminar Stresses in Thick Cylindrical Shell with Arbitrary Laminations and Boundary Conditions under Transverse Loads” Composites Part B: Engineering, Vol. 98, No. Supplement C, pp. 151-165, 2016.
[10]Kim, H. S., Cho, M. and Kim, G.-I. J. C. S., “Free-Edge Strength Analysis in Composite Laminates by the Extended Kantorovich Method”, Vol. 49, No. 2, pp. 229-235, 2000
[11]Kim, R. Y. and Soni, S. R., “Experimental and Analytical Studies on the Onset of Delamination in Laminated Composites” Journal of Composite Materials, Vol. 18, No. 1, pp. 70-80, 1984
[12]Abasi,R., Heidary,H., Hossein Pol,M.,” Experimental investigation of carbon nanotube addition on delamination induced drilling of glass-epoxy composites”Journal of Sciency and Technology of Composites,Vol.3,No.3,pp.225-232,2015.
[13]Shokrieh,M.M.,Ghasemi,A.R.,” Effects of Free Edge Interlaminar Shear Stress on the Residual Stresses of Polymer CompositesUsing Hole Drilling Method”Iranian Journal of Polymer Science and Technology,Vol.20,No.4,pp.337-347,2007.
[14]Hashin, Z. J. J. o. a. m., “Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites”, Vol. 47, No. 2, pp. 329-334, 1980.
[15]Garnich, M. R. and Akula, V. M. J. A. M. R., “Review of Degradation Models for Progressive Failure Analysis of Fiber Reinforced Polymer Composites”, Vol. 62, No. 1, 2009.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 7، شماره 2
شهریور 1399
صفحه 843-854
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار