تحلیل کمانش برشی ورق های کامپوزیتی چندلایه حاوی ترک های ماتریسی با رویکرد ترکیبی تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالا و مدل آسیب تجربی

مقدمه: سازه های چندلایه کامپوزیتی با وجود نسبت استحکام به وزن بالا، نسبت به نقص های ساختاری نظیر ترک های ماتریسی حساسیت زیادی دارند. این ترک ها که معمولا در فرآیند ساخت یا مراحل اولیه بارگذاری ایجاد می شوند، می توانند ظرفیت باربری سازه را به ویژه در مود کمانش برشی به طور قابل توجهی کاهش دهند. هدف این پژوهش بررسی تاثیر ترک های ماتریسی بر رفتار کمانش برشی ورق های کامپوزیتی ضخیم و ارائه مدلی تحلیلی برای پیش بینی این رفتار است.روش:در این پژوهش از یک مدل تحلیلی مبتنی بر تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالا با ۱۱ درجه آزادی استفاده شده است که بدون نیاز به ضریب تصحیح برشی، توزیع سهموی تنش های برشی و اثرات کرنش نرمال عرضی را مدل سازی می کند. همچنین پارامترهای افت سفتی ناشی از ترک به صورت مستقیم از نتایج آزمون های تجربی کشش در مدل اعمال شده اند. معادلات حاکم با استفاده از اصل کمینه انرژی پتانسیل استخراج و به روش گلرکین حل شده اند.یافته ها: نتایج نشان داد که پارامترهای چگالی ترک ماتریسی، نسبت ضخامت به طول ورق و زاویه چیدمان الیاف تاثیر قابل توجهی بر بار بحرانی کمانش برشی دارند. با افزایش چگالی ترک، کاهش بار بحرانی تشدید شده و در چیدمان [۴۵±]s و چگالی ۱ ترک بر میلی متر، بار کمانش تا ۶۴ درصد کاهش یافت. همچنین نتایج مدل پیشنهادی با حل های سه بعدی الاستیسیته و شبیه سازی اجزای محدود تطابق مناسبی نشان داد.نتیجه گیری: مدل پیشنهادی از دقت و کارایی مناسبی در پیش بینی رفتار کمانش برشی ورق های کامپوزیتی دارای ترک ماتریسی برخوردار است و می تواند به عنوان ابزاری موثر برای تحلیل و طراحی سازه های کامپوزیتی آسیب دیده مورد استفاده قرار گیرد. همچنین نتایج بیانگر تاثیر چشمگیر ترک های ماتریسی بر کاهش ظرفیت باربری سازه ها است.

کلیدواژه ها:

کمانش برشی ، ترک ماتریسی ، روش گلرکین