بررسی تجربی و عددی رفتار خستگی چندلایه‌های کامپوزیتی کربن/اپوکسی تقویت شده با نانوالیاف

چندلایه‌های کامپوزیتی مواد پیشرفته مهندسی هستند که به دلیل خواص منحصر بفرد، در صنایع مختلف به فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدف از پژوهش حاضر، بررسی تاثیر نانوالیاف الکتروریسی شده بر روی رفتار شکست و خستگی چندلایه‌های کامپوزیتی و همچنین بررسی عملکرد مدلسازی المان محدود با روش المان‌های چسبنده در شبیه‌سازی رفتار خستگی این کامپوزیت‌ها است. بدین منظور نمونه‌های کامپوزیتی از لایه‌های پیش‌آغشته کربن/ اپوکسی ساخته شده و با جایگذاری نانوالیاف نایلون 6/6 در لایه میانی، نمونه‌ها تقویت شدند. سپس نمونه‌ها تحت بارگذاری استاتیکی و خستگی مود i قرار گرفتند. نتایج نشان داد که نانوالیاف موجب افزایش 2 برابری چقرمگی شکست در نمونه‌های کامپوزیتی می‌شود. در بارگذاری خستگی نیز نرخ رشد ترک در نمونه‌های تقویت شده کاهش چشم‌گیری داشت، به طوری که در نسبت انرژی کرنشی ،0/9 =δ g/gcنانوالیاف موجب کاهش 8 برابری نرخ رشد ترک شد. از روش المان محدود مبتنی بر مدل ناحیه چسبنده برای شبیه‌سازی رشد آسیب بین لایه‌ای تحت بار خستگی در نمونه‌های تقویت شده با نانوالیاف استفاده شد. برای مدل‌سازی رفتار خستگی از مدل آسیب پیش‌رونده تورون استفاده شد. تطابق قابل قبول روش المان محدود با داده‌های تجربی نشان داد که روش ناحیه چسبنده ابزار مناسبی برای شبیه‌سازی گسترش آسیب خستگی در چندلایه‌های کامپوزیتی تقویت شده با نانوالیاف است.

numerical and experimental investigations on fatigue behavior of carbon/epoxy laminates toughened by nanofibers

composite laminates are advanced engineering materials that are widely used in various industries due to their unique properties. the aim of this paper is to assess the effect of electrospun nanofibers on the fracture and fatigue behavior of composite laminates and also to investigate the performance of the finite element method based on the cohesive zone model, in predicting the fatigue behavior of the laminates. for this purpose, standard specimens were fabricated from carbon/epoxy prepregs interleaved with nylon 6,6 nanofibers. the specimens were then subjected to mode i static and fatigue loading conditions. the results showed that fracture toughness was doubled by adding nanofibers between composite layers. under fatigue loading, the crack growth rate of the nanomodified specimens was less than the virgin specimens. so, the crack growth rate decreased by 8 times with interleaving the nanofibers at 0/9 =δ g/gc . the cohesive zone model method was used to evaluate the efficiency of finite element in modeling the fatigue crack growth rate in virgin and nanomodified specimens. the progressive failure model was used to simulate the fatigue behavior. consistency of finite element results with the experimental results showed that the cohesive zone model method is a suitable tool to model the fatigue behavior of interleaved composite laminates.