نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
امروزه از استوانههای پلیمری تقویتشده با الیاف شیشهای در صنایع مختلفی استفاده میشود. یکی از متداولترین بارگذاریهایی که استوانههای کامپوزیتی در حین کاربری متحمل میشوند، بارگذاری فشاری عرضی است. به منظور بررسی رفتار کمانشی و پس کمانشی استوانههای کامپوزیتی رشتهپیچی شده نمونههای آزمایشگاهی با زاویهی پیچش 75± ساخته شد. بدین منظور نمونهها تحت بارگذاری فشاری بین دو صفحهی صلب موازی طبق استاندارد ASTM D 2412-02 قرار گرفتند. در طی انجام آزمایش، نمودار نیرو-جابهجایی حاصل از بارگذاری در راستای عمود بر صفحهی صلب اندازهگیری شد. علاوه بر انجام آزمایشهای تجربی، شبیهسازی عددی با استفاده از نرمافزار آباکوس انجام گرفته است. با توجه به آنکه در حین فرآیند بارگذاری، استوانهی کامپوزیتی دچار آسیب میشود، به منظور لحاظ این اثرات، 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 استحکام-های 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. با توجه به نتایج آزمایش فشار نمونهها بین دو صفحهی صلب موازی و در نظر داشتن نمودار نیرو-جابهجایی، استوانهی کامپوزیتی دچار کمانش میشوند اما با توجه به اینکه پس از کمانش وضعیت آنها پایدار است، اتفاق افتادن کمانش تأثیر قابل ملاحظهای در رفتار نمونه استوانهها نمیگذارد. با مقایسهی نتایج بدست آمده از آزمایشهای تجربی و حاصل از شبیهسازی عددی، توافق مناسب نتایج با یکدیگر قابل مشاهده است.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Experimental and numerical investigation of buckling and post-buckling behavior of filament wound composite cylinders under lateral compression loading by parallel rigid plates
نویسندگان [English]
- Amin Dadashi 1
- Gholamhossein Rahimi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]
Nowadays, reinforced polymers using by means of glass fibers are extensively used in industry. One of the used loads that composite cylinders undergo during use are lateral compression loading. To investigate the buckling and post-buckling behavior of filament wound composite cylinder, some prototypes were prepared with winding angle equal to ±75 degree. The samples were pressurized by means of two parallel rigid plates according to ASTM standard. The force-displacement diagrams resulting from normal loading on the rigid plates were plotted experimentally. In addition to experimental tests, numerical simulations were carried out by means of Abaqus commercial software. Since the composite cylinder experiences damage, the Hashin’s three dimensional damage model was utilized to consider the damage effects occurring during loading. To apply Hashin’s three dimensional damage model, a UMAT subroutine coding procedure was conducted using program Fortran 77. The 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. The cylinder undergoes buckling because of the existence of pressure between the parallel rigid plates. However since the cylinder undergoes a stability condition after buckling. This phenomena does not have significant effected on the overall behavior of the cylinders. Appropriate agreement is observed between the experimental results and the numerical simulations.
کلیدواژهها [English]
- Composite cylinder
- buckling and post-buckling
- Hashin’s 3D damage model