بررسی مکانیک آسیب تجربی، تحلیلی و عددی کامپوزیت متعامد دارای ترک ماتریس

هرگاه یک ورق کامپوزیتی چندلایه، تحت بارگذاری کششی شبه استاتیک یا بارگذاری خستگی قرار گیرد، چندین نوع آسیب در آن ایجاد می شود؛ از جمله ترک های ماتریس، ترک های ثانویه و لایه لایه شدگی. اولین نوع آسیب، ترک های ماتریس اند که در لایه های دارای زاویه نسبت به جهت بارگذاری بوجود می آیند. این ترک ها اگرچه منجر به گسیختگی نمی شوند، اما خواص مکانیکی معادل ورق کامپوزیت را کاهش می دهند و می توانند باعث واماندگی سازه گردند. در این مقاله، یک مدل تحلیلی غیرخطی جدید، برای پیش بینی کاهش سفتی ورق های کامپوزیت متعامد ارایه و بکار گرفته می شود. بدین منظور، یک تابع چندجمله ای درجه سوم بعنوان انرژی آزاد هلمهولز پیشنهاد و پس از بررسی تحلیلی تابع پیشنهادی، روابط مربوطه استخراج می گردند. سپس برای اعمال روند افزایش تعداد ترک های ماتریس در روابط، یک آزمایش تجربی میکروسکوپی طراحی و در مورد کامپوزیت متعامد شیشه/اپوکسی استفاده می شود. همچنین برای تعیین ثوابت آسیب موجود در روابط استخراج شده، مدل های میکرومکانیکی اجزا محدود به همراه شرایط مرزی تناوب (PBC) بکار می رود. نتایج این مدل با شبیه سازی های عددی میکرومکانیکی سه بعدی، آزمایش های تجربی بارگذاری-باربرداری تک محوره شبه استاتیک و پژوهش های پیشین صحت سنجی می گردند. نتایج نشان می دهند که مدل پیشنهادی نسبت به مدل های خطی و غیرخطی پیشین، پیش بینی های دقیق تری ارایه می کند. همچنین با استفاده از روش میکروسکوپی پیشنهادی، روند افزایش تعداد ترک های ماتریس به راحتی شناسایی می گردد.