نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

در این تحقیق، روش انتگرال برای محاسبه تنشهای پسماند نایکنواخت در چند لایه‌های کامپوزیتی با چیدمانهای متفاوت مورد استفاده قرار گرفته است. روش انتگرال برای مواد همسانگرد به‌خوبی توسعه داده شده است. مولفان این تحقیق این روش را در چندلایه‌های کامپوزیتی توسعه داده و در این تحقیق مورد ارزیابی آزمایشی قرار داده‌اند. در روش انتگرال با انجام متوالی عملیات سوراخکاری در مرکز روزت نصب شده بر روی سطح چندلایه کامپوزیتی و ثبت کرنشها پس از سوراخکاری هر لایه‌، تنشهای پسماند در هر لایه تعیین خواهند شد. ضرایب کالیبراسیون برای هر مرحله سوراخکاری به‌کمک شبیه‌سازی فرایند سوراخکاری مرحله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای (SIHD) تعیین خواهند شد. ضرایب کالیبراسیون روش انتگرال، کرنشهای پسماند در هر لایه را از کرنشهای اندازه‌گیری شده در هر مرحله سوراخکاری جدا کرده و دقت محاسبه تنشهای پسماند در هر لایه را افزایش می‌دهند. در این پژوهش نمونه‌های متقارن و نامتقارن چند لایه‌های متعامد و شبه همسانگرد مورد بررسی آزمایشی قرار گرفته‌اند. با اندازه‌گیری کرنشهای رها شده در گامهای متوالی سوراخکاری، تنشهای پسماند در هر لایه از چند لایه‌های مورد آزمایش تعیین شده‌اند. آنگاه نتایج آزمایشی با نتایج پیش‌بینی شده توسط نظریه کلاسیک لایه‌ای مقایسه شده‌اند. انطباق مناسب نتایج آزمایشی با نظریه کلاسیک لایه‌ای، اعتبار روش انتگرال را برای محاسبه تنشهای پسماند در چندلایه‌های کامپوزیتی مورد تایید قرار می‌دهد.

در این تحقیق، ضربه سرعت پایین بر روی کامپوزیت های خالص و مرکب درون لایه ای تقویت شده با الیاف انعطاف پذیر و ترد بر مبنای روش اجزای محدود شبیه سازی گردیده است. بدین منظور با استفاده از خواص ابعادی، فیزیکی و مکانیکی، کامپوزیت هایی به صورت چهار لایه با آرایش شبه ایزوتروپیک طراحی شد. آنگاه با استفاده از نرم افزار آباکوس پارامترهایی از جمله نیروی برخورد و خیز، در شدت ضربه 30 ژول تعیین شد. برای ارزیابی شبیه سازی های انجام شده، نتایج حاصل از تحلیل نرم افزار با نتایج آزمایش ضربه در حالت تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد مدل ارائه شده به خوبی روند تغییر نیروی برخورد و ماکزیمم خیز با تغییر درصد الیاف ترد را پیش بینی می کند. هم چنین با استفاده از نتایج مدل می توان نحوه توزیع تنش و کرنش در هر لحظه از زمان برخورد و نحوه شکست در هر لایه از کامپوزیت را به صورت کامل تحلیل کرد.

در این مقاله اثر چیدمان لایه‌ها بر توزیع نرخ رهایی انرژی کرنشی در قطعه خمشی با ترک انتهایی (ENF) به‌صورت عددی بررسی شده است. ابتدا نمونه ENF در نرم‌افزار المان محدود ABAQUS به‌صورت سه بعدی مدل‌سازی شده و سپس مود دوم نرخ رهایی انرژی کرنشی (GII) با استفاده از روش مجازی بسته شدن ترک (VCCT) در امتداد پیشانی تورق محاسبه شده است. نتایج عددی به ازای لایه‌چینی‌های مختلف نشان می‌دهد که کمیت غیر یکنواختی معرفی شده توسط محققان دیگر که فقط تابعی از سفتی‌های خمشی است، برای بررسی تغییرات GII در امتداد پیشانی تورق کفایت نمی‌کند. لذا کمیت جدیدی که تابعی از سفتی‌های خمشی و کششی نمونه ENF متقارن است ارائه شده است. همچنین روشی برای محاسبه مود دوم نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی در نمونه‌های ENF چند جهته متقارن با ترک بین دولایه صفر درجه با استفاده از روش لایه‌چینی معادل ارائه شده است. در واقع در این روش، هر چیدمان چند جهته دلخواه با یک چیدمان تک ‌جهته که دارای ضخامتی متفاوت با قطعه اصلی می‌باشد، معادل‌سازی می‌شود.