تحلیل پیشرفته تنش و تغییرشکل در سازه های کامپوزیتی سبک وزن با رویکرد اجزای محدود

سازه های کامپوزیتی سبک وزن به دلیل نسبت بالای استحکام به وزن، مقاومت مناسب در برابر خستگی، قابلیت طراحی الی های و امکان بهینه سازی جهت دار خواص، در سال های اخیر به یکی از گزینه های اصلی در صنایع پیشرفته از جمله هوافضا، خودروسازی، انرژی بادی و تجهیزات ورزشی تبدیل شده اند. با وجود مزایای قابل توجه این مواد، تحلیل رفتار مکانیکی آنها به دلیل ناهمسانگردی ذاتی، وابستگی شدید پاسخ سازه به آرایش لایه ها، وجود تنش های بین لایه ای و حساسیت به شرایط مرزی، از پیچیدگی بالایی برخوردار است. در این مقاله، رفتار تنش و تغییرشکل در یک سازه کامپوزیتی سبک وزن با رویکرد اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا مبانی نظری حاکم بر مکانیک الی های کامپوزیت ها، روابط تنش کرنش در لایه منفرد و معیارهای شکست مرسوم مرور شده و سپس روش مدلسازی عددی برای تحلیل سازه ارائه می شود. مدل عددی با در نظر گرفتن خواص ناهمسانگرد لایه ها، ضخامت هر لایه، زاویه چیدمان الیاف و شرایط بارگذاری استاتیکی توسعه یافته و پاسخ تنشی و تغییرشکلی سازه به صورت توزیع تنش های اصلی، تنش های معادل، جابجایی ها و کرنش ها استخراج می گردد. نتایج تحلیل نشان می دهد که بیشینه تنش ها عمدتا در نواحی اتصال، تغییر هندسه و لبه های آزاد متمرکز می شوند و تغییر آرایش لایه ها می تواند منجر به جابجایی محسوس در الگوی توزیع تنش و میزان خمش سازه شود. همچنین مشخص شد که استفاده از لایه چینی متقارن و متعادل، ضمن کاهش کوپل پیچش خمش، به کاهش تمرکز تنش و بهبود پایداری کلی سازه کمک می کند. بر اساس یافته های این پژوهش، رویکرد اجزای محدود ابزاری کارآمد برای ارزیابی عملکرد سازه های کامپوزیتی سبک وزن و بهینه سازی طراحی آنها در مراحل اولیه توسعه محصول محسوب می شود.

کلیدواژه ها:

سازه های کامپوزیتی ، تحلیل اجزای محدود ، تنش ، تغییرشکل ، لایه چینی ، ناهمسانگردی ، مکانیک شکست ، سبک وزنی