پیش بینی رشد آسیب مواد مرکب لایه ای تک جهته تحت بارگذاری متناوب با استفاده از یک مدل مبتنی بر انرژی

کامپوزیت های پلیمری، بخاطر داشتن نسبت استحکام به وزن بالا و خواص جهتی شان، کاربردهای مهندسی زیادی به ویژه در صنایع هوایی دارند. با این حال به دلیل خواص متفاوت اجزای این مواد، پیش بینی تخریب آن ها به ویژه تحت بارگذاری متناوب دشوار می باشد. هدف از انجام این تحقیق، ارائه یک روش جدید برای پیش بینی تخریب خستگی درون لایه ای کامپوزیت های الیافی بر پایه مکانیک خرابی محیط پیوسته می باشد. در این پژوهش برای در نظر گرفتن تاثیر عیوب میکروسکوپی در سه جهت مادی، سه متغیر وضعیت داخلی ماده تحت عنوان متغیرهای آسیب در چارچوب علم ترمودینامیک تعریف شده است. مدل ارائه شده در این تحقیق، توانایی این را دارد که با در نظر گرفتن رشد آسیب در سه جهت، تخمین مناسبی از عمر خستگی کامپوزیت های چند لایه ارائه دهد. بدین منظور یک حل بسته بر پایه روش انرژی و در چارچوب مکانیک خرابی ارائه شده است، به گونه ای که تفاوت تخریب در جهات مختلف را نیز لحاظ می نماید و در عین حال مستقل از لایه چینی می باشد. مدل مزبور با استفاده از ماده نوشته شده توسط کاربر(Usermat)، در نرم افزار Ansys پیاده سازی شده است. حسن استفاده از این روش این است که با داشتن مشخصات استاتیکی و خستگی برای چندلایه تک جهته، می توان عمر خستگی را برای شرایط مختلف بارگذاری و برای هر نوع لایه چینی محاسبه کرد. نحوه مشخصه سازی ثوابت مدل بیان شده و سپس برای یک ماده مرکب معین ثوابت محاسبه شده اند. مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط مدل ارائه شده با نتایج آزمایشی موجود، نشان از دقت مناسب مدل دارد.