بهبود مدل شکست مود پیچ خوردگی الیاف در مواد کامپوزیت لایه ای تک جهته

هدف اصلی در این تحقیق بهبود مدل تنش محور مود شکست پیچ خوردگی الیاف در مواد کامپوزیت تک جهته و ارائه مدل جدیدی بر مبنای کرنش است که بتواند استحکام فشاری و زاویه باند پیچ خوردگی ناشی از مود شکست پیچ خوردگی را پیش بینی نماید. در این راستا مدل دو بعدی و سه بعدی مود پیچ خوردگی الیاف که توسط پینهو بر مبنای اقدامات آرگون و داویلا ارائه شده است، به تفصیل تبیین می شود. مدل مذکور بر اساس ایده ای است که معتقد است مود پیچ خوردگی الیاف از مود میکروکمانش متمایز است و پدیده پیچ خوردگی در اثر شکست ماتریس ایجاد می شود. در این مدل با فرض معلوم بودن مقدار استحکام فشاری ماده و فرض این که شکست ماده در اثر بار محوری در ناحیه ماتریس رخ می دهد، میزان خارج از محوری الیاف در لحظه شکست با استفاده از معیار شکست ماتریس محاسبه می گردد و با بهره گیری از روابط متشکله تنش- کرنش برشی میزان خارج از محوری اولیه الیاف در ناحیه شکست خورده نیز مشخص می شود. میزان خارج از محوری اولیه الیاف به عنوان پارامتر مادی در مدل مذکور و در تحلیل نرم افزاری وارد می گردد. در این مدل پس از شروع آسیب، در هر مرحله از بارگذاری، متغیر آسیب که نقش اساسی در فرآیند پس از شروع آسیب دارد، محاسبه می شود و با استفاده از آن تنش ها در هر مرحله و در صفحه عمود بر راستای الیاف کاهش می یابند. جهت پیاده سازی مدل مذکور در نرم افزار یک زیربرنامه سه بعدی نوشته شده است که با استفاده از آن نتایج عددی مورد نظر بدست می آید. بررسی مدل مذکور و نتایج عددی حاصل از آن نشان می دهد که این مدل در پیش بینی استحکام فشاری و زاویه باند پیچ خوردگی ناشی از مود پیچ خوردگی قابلیت بهبود دارد. لذا در این تحقیق بر مبنای مدل مذکور و با استفاده از زوایای قابل بهبود آن، مدل جدیدی بر مبنای کرنش ارائه می شود. مدل مذکور در مواردی از جمله انتخاب صفحه کاهش تنش ها در اثر آسیب و نحوه محاسبه میزان زوایای الیاف با مدل تنش محور ارائه شده توسط پینهو متفاوت است. این مدل نیز با استفاده از متغیر آسیب و زیربرنامه سه بعدی تهیه شده در نرم افزار، پیاده سازی شده و نتایج عددی مورد نظر استخراج می گردد. جهت بررسی پدیده پیچ خوردگی نیز مجموعه آزمایش هایی بر روی کامپوزیت شیشه- اپوکسی طراحی شده است. نمونه ها بلوک های کوچکی با ابعاد متفاوت و زوایای خارج از محوری 0، 5، 10، 15 و 20 درجه هستند و با فیکسچری که طراحی و ساخته شده است، تحت فشار تک محوره قرار می گیرند. مشاهدات آزمایش نشان می دهد که در فرآیند شکست نمونه های صفر درجه تحت فشار محوری، مودهای مختلف شکست از جمله ورقه شدن، جدایش ماتریس، پیچ خوردگی و شکست الیاف ظاهر می شود. در این نمونه ها باند پیچ خوردگی هم در راستای ضخامت و هم در صفحه کامپوزیت تشکیل می گردد و شکست، فرآیندی آنی و همراه باصدای بلند می باشد. با افزایش زاویه خارج از محوری نمونه ها، مود پیچ خوردگی بر مودهای دیگر غالب می شود به گونه ای که در نمونه های 10، 15 و20 درجه تنها مود شکست پیچ خوردگی ظاهر می گردد و فرآیند شکست نیز کاملا آرام رخ می دهد. این مشاهدات تایید می کند که رفتار برشی ماتریس تاثیر عمده در شکل گیری باند پیچ خوردگی دارد. مقایسه نتایج آزمایش و نتایج تحلیل های عددی حاصل از دو مدل تنش محور و کرنش محور برای استحکام های فشاری و زوایای باند پیچ خوردگی نشان می دهد که هر دو مدل در پیش بینی میزان استحکام فشاری نمونه های صفر درجه ناتوان هستند که این امر می تواند ناشی از مشارکت مودهای مختلف در فرآیند شکست نمونه های مذکور باشد؛ ولی در عین حال توانایی قابل قبولی در پیش بینی استحکام های فشاری و زوایای باند پیچ خوردگی نمونه های 5، 10، 15 و 20 درجه دارند. با این حال به نظر می رسد مدل جدید ارائه شده در این تحقیق نسبت به مدل تنش محور برتری نسبی دارد؛ چراکه علاوه بر سادگی در پیاده سازی، مقادیر استحکام های فشاری و زوایای باند پیچ خوردگی پیش بینی شده توسط آن، به نتایج آزمایش نزدیک تر است و از نظر فیزیکی نیز با فرضیات اولیه نحوه تشکیل باند پیچ خوردگی سازگارتر است.