بررسی خرابی لوله‌های کامپوزیتی ساخته شده با فرآیند رشته‌پیچی الیاف با روش نشرآوایی

به منظور بررسی ویژگی‌های جذب انرژی در سازه‌های کامپوزیتی لازم است تا مکانیزم‌های عملکردی شناسایی شده و میزان تاثیر هر یک در میزان جذب انرژی مشخص شود. در این پژوهش به بررسی رفتار لوله‌های کامپوزیتی تحت بار محوری فشاری با پایش سیگنال‌های نشرآوایی پرداخته می‌شود. برای ساخت لوله کامپوزیتی رشته‌پیچی شده در ابتدا با استفاده از تحقیقات صورت گرفته به تعیین پارامترهای بهینه پرداخته شد. در تعیین پارامترهای بهینه با توجه به وجود عدم قطعیت در تاثیر زاویه پیچش الیاف، از بین محدوه بهینه حد واسط این محدوده یعنی زاویه پیچش 35 درجه انتخاب گردید. سپس برای اطمینان از نتایج تجربی، از روش شبیه‌سازی المان‌محدود و به کارگیری زیرروال وی‌یومت بر پایه معیار گسیختگی هاشین سه‌بعدی استفاده شد. نتایج نشان داد که مد خرابی غالب شکست موضعی برشی و آسیب جانبی بوده که در ابتدا باعث تغییرشکل پلاستیکی نمونه شده و سپس موجب رشد ترک در راستای زاویه پیچش الیاف می‌شود. همچنین بیشترین درصد مکانیزم‌های خرابی به ترتیب ترک‌خوردگی ماتریس، شکست الیاف و جدایش الیاف از ماتریس می‌باشد. در نهایت استفاده از زیرروال توسعه داده شده برای پیش‌بینی رفتار سازه مفید واقع گردید و توانست رفتار لوله کامپوزیتی را حتی بعد از حداکثر نیروی لهیدگی نیز به خوبی پیش‌بینی کند.

investigation of failure mechanism of the composite tubes made by filament winding process by acoustic emission method

to study the energy absorption features in composite structures, it is necessary to identify the functional mechanisms and determine the impact of each on the energy absorption. in this study, the behavior of composite tubes under compressive axial load was investigated by acoustic emission monitoring. to make a filament wound composite tube, the optimal parameters were first determined using literature. in determining the optimal parameters, due to the uncertainty effect of fiber angles, from the intermediate range, the angle of 35 degrees was selected. then, to ensure the experimental results, the finite element simulation method and the use of the vumat subroutine based on the 3d hashin criterion were used. the results showed that the dominant failure mode was a local shear failure and lateral damage, which first caused the plastic deformation of the sample and then caused the growth of cracks in the fiber direction. also, the highest percentage of failure mechanisms are matrix cracking, fiber breakage, and separation of fibers from the matrix, respectively. finally, the use of the developed subroutine to predict the behavior of the structure was useful and was able to predict the behavior of the composite tube even after the maximum crushing force.