پیش‌بینی عمر خستگی پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف شیشه و الیاف گرافیت تحت بارگذاری‌های مختلف

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، ایران

چکیده

شناخت دقیق رفتار پلیمرهای تقویت‌شده در بارگذاری خستگی بمنظور طراحی سازه‌های قابل اعتماد حایز اهمیت است و با‌ توجه به رفتار متفاوت این مواد نسبت به مواد سنتی، معرفی معیاری که نماینده‌ی واقعی عمر خستگی این مواد باشد، بسیار مهم است. در این تحقیق عمر خستگی برای ورق تقویت‌شده با الیاف شیشه و الیاف گرافیت که تحت بار خمشی قرار گرفته، برای دو حالت بارگذاری جانبی گسترده و متمرکز محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده است. برای مدلسازی مساله از تئوری کاهش استحکام و برای محاسبه مقدار تنش در لایه‌های ورق، از تئوری برشی مرتبه اول ورق‌ها استفاده شده و با استخراج توزیع تنش در هر لایه از ورق، و با استفاده از تئوری کاهش تدریجی خواص، میزان کاهش استحکام برای هر لایه در هر مرحله از بارگذاری بدست آمده است. با ادامه بارگذاری سرانجام استحکام لایه‌ها در اثر خستگی در راستای الیاف و ماتریس کاهش می‌یابد تا به مقدار تنش اعمال شده به لایه می‌رسد و لایه شکسته می‌شود. در این مرحله از تئوری قاعده‌ی کاهش ناگهانی خواص برای مدلسازی شکست لایه استفاده می‌شود و با ادامه فرآیند حل، میزان عمر خستگی لایه‌ها و اثرات شکست یک لایه بر رفتار لایه‌های دیگر تا رسیدن به شکست نهایی مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین در قسمت نتایج عددی عمر خستگی برای ورق کامپوزیتی از دو جنس یاد شده با یکدیگر مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jen MHR, Lee Ch (1998) Strength and life in thermoplastic composite laminates under static and fatigue loads. Part I: Experimental, Int J fatigue 20(9): 605-615.

[2] Jen M. H. R, and Lee Ch (1998)  Strength and life in thermoplastic composite laminates under static and fatigue loads. Part II: Formulation. Int J fatigue 20(9): 617-629.

[3] Carrera E, Ciuffreda A (2005) Bending of composites and sandwich plates subjected to localized lateral loading: a comparison of various theories. Compos Struct 68(2): 185-202.

[4] Parhi PK, Bhattacharyya SK, Sinha PK (2001) Failure analysis of multiple delaminated composite plates due to bending and impact. Bull Mater Indian Academy scie 24: 143-149.

[5] Broutman LJ, Sahu S (1972) A new theory to predict cumulative fatigue damage in fiberglass reinforced plastics. in Composite Materials: Testing and Design (2nd Conference), ASTM STP 497, American Society for Testing and Materials 170-188.

[6] Shokrieh MM, Lessard LB (2003) Multiaxial fatigue behaviour of Unidirectional plies based on uniaxial fatigue experiments – I. Modelling. Int J Fatigue 19: 201–207.

[7] Shokrieh MM, Taheri B (2010) Fatigue life Predication of composite Materials Based on Progressive damage modeling. University of Science and Technology Iran, Woodhead Publishing 261-301 and 401-450.

[8] Shokrieh MM, Lessard L B (2000) Progressive fatigue damage modeling of composite materials. Part I: Modeling J Compos Mater 34(13): 1056-1080.

[9] Shokrieh MM, Lessard LB (2000) Progressive fatigue damage modeling of composite materials, Part II: Material characterization and model verification. JCompos Mater 34(13): 1081-1116.

[10] Shokrieh MM, Taheri BF (2008) Fatigue life evaluation of unidirectional composites by using residual strain energy. Iran J Polymer Sci Technol Chem (21): 19-26. (in Persian)

[11] Vassilopoulos AP, Keller T (2011) Fatigue of Fiber-reinforced Composites. Springer, New York.

[12] Jones RM (1998) Mechanics of composite materials. 2nd edn. Proffessor of Enginieering Science and Mechanics Virginia Poly technic institute and state university Blacksburg, virginia 24061-0219, 55-118 and 295-348.

[13] Shakeri M, Aghdam MM (2008) Mechanical Structure, Beam, plate and shell. Tehran, Amirkabir University of Technology, 149-158. (in Persian)

[14] KAW AK (2006) Mechanics of Composite Materials. 2nd edn. Taylor & Francis Group.

[15] Abrate S (2005) Impact on composite structures. Published in the United States of America by Cambridge University Press, New York.

[16] Shokrieh MM (1996) Progressive fatigue damage modeling of composite materials. A thesis submitted to the Faculty of Graduate Studies and Research in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, Department of Mechanical Engineering McGill University Montréal, Canada.

[17] Harris B (1986) Fatigue in composite. WoodHead, New York.