تاثیر چیدمان لایه ها بر تنش فون میسز در کامپوزیت تیتانیوم-فیبر کربن به کمک تحلیل اجزای محدود در نرم افزار ABAQUS

توسعه مواد پیشرفته برای ایمپلنت های پزشکی با استفاده از کامپوزیت های تقویت شده با فیبر کربن (CFRPs) و ماتریس تیتانیوم به دلیل خواص مکانیکی و زیست سازگاری اهمیت ویژه ای یافته است. این مطالعه تاثیر زاویه و ترتیب لایه ها در دو سری(۰°-۹۰° و ۰°-۴۵°) کامپوزیت تیتانیوم (Ti-۶Al-۴V) با ۴۰٪ فیبر کربن، را بر تنش فون میسز در محیط آباکوس بررسی کرد. این شبیه سازی صفحه ای با ابعاد ۱۰۰×۱۰۰ میلی متر و ضخامت ۴ میلی متر تحت بار خطی ۱۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع با تعریف کامپوزیت ۴ لایه ای با ۴ سبک چیدمان مختلف مدل سازی کرد. داده های تنش فون میسز پس از استخراج به پایتون منتقل شده و با تست های آماری ناپارامتریک (Shapiro-Wilk، Kruskal- Wallis ، Mann-Whitney U، و Dunn’s Post-hoc) تحلیل شدند. نتایج نشان داد چیدمان ۰-۹۰-۹۰-۰ با میانگین تنش ۴۱۱/۰ MPa بالاترین مقاومت را دارد، در حالی که ۹۰-۰-۰-۹۰ با ۰۸۷/۰ MPa کم ترین مقاومت را نشان داد. دامنه تنش سری ۰°-۹۰° بیشتر از ۰°-۴۵° بود، که به تراز فیبرهای کامپوزیت با جهت بار وارده مرتبط است. تست Kruskal-Wallis (p = ۰.۰۰۰) و Mann-WhitneyU (p = ۰.۰۰۰)، r = ۰.۲۱۴ تفاوت معنادار بین چیدمان ها و برتری سری ۰°-۹۰° را تایید کردند. این یافته ها اهمیت انتخاب مناسب چیدمان لایه ها و در نظر گرفتن تاثیر زاویه بر رفتار مکانیکی از جمله کاهش تنش حاصل را نشان میدهد.

کلیدواژه ها:

کامپوزیت ، تحلیل اجزای محدود ، تست های آماری ، تنش فون میسز ، تیتانیوم