بررسی عددی رشدترک در کامپوزیت به روش المان محدود

در این پژوهش، رشد ترک در مواد کامپوزیتی با استفاده از روش عددی المان محدود بررسی شده است. کامپوزیت ها به دلیل ویژگی های مکانیکی منحصربه فرد خود به طور گسترده در صنایع مختلف به کار می روند، اما وجود ترک می تواند تاثیر قابل توجهی بر عملکرد آن ها داشته باشد. در این تحقیق، برای شبیه سازی رشد ترک، از نرم افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده و مدل سازی بر اساس معیارهای شکست و مکانیک شکست خطی انجام شده است.فرضیات اصلی شامل ایزوتروپی نسبی لایه ها، عدم وجود تنش های پسماند و بارگذاری شبه استاتیک بوده است. مواد مورد استفاده شامل یک کامپوزیت لایه ای از جنس الیاف کربن و ماتریس اپوکسی است که خواص مکانیکی آن ها از داده های تجربی استخراج شده است. مدل سازی رشد ترک بر اساس روش های XFEM روش المان محدود توسعه یافته و معیار انرژی آزادسازی کرنشی (G) انجام گرفته است.نتایج شبیه سازی نشان می دهد که رشد ترک به شدت به جهت گیری الیاف و میزان انرژی آزادسازی کرنشی بستگی دارد. همچنین، مناطق با تمرکز تنش بالا در نزدیکی نوک ترک به عنوان مناطق حساس به شکست شناسایی شدند. مقایسه نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی نشان دهنده دقت بالای مدل ارائه شده در پیش بینی مسیر و نرخ رشد ترک بود.در ادامه، تاثیر نوع ماتریس و تغییر ضخامت لایه ها بر رشد ترک بررسی شد که نشان داد تغییرات در ترکیب مواد می تواند تاثیر قابل توجهی بر مسیر شکست داشته باشد. این تحقیق نشان داد که استفاده از روش های پیشرفته عددی نظیر XFEM امکان تحلیل دقیق تر رفتار مکانیکی کامپوزیت ها را فراهم می کند. علاوه بر این، یافته های تحقیق قابلیت استفاده در طراحی بهینه سازه های سبک وزن با خواص مکانیکی بهبود یافته را دارند.این تحقیق به توسعه ابزارهای عددی برای تحلیل رفتار مکانیکی مواد کامپوزیتی کمک می کند و می تواند در طراحی بهینه سازه های کامپوزیتی جهت افزایش مقاومت به ترک مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

کامپوزیت ، رشد ترک ، آباکوس ، الیاف ، ماتریس