مشخصه‌سازی ابعادی ورق کامپوزیتی شیشه/اپوکسی با ترک لبه‌ای تحت سیکل‌های سرمایش/گرمایش مرطوب

انجماد آب در ترک‌های سطحی پره توربین بادی می‌تواند خواص مکانیکی آن را به‌طور قابل توجهی کاهش دهد. برای بررسی این پدیده، مدل اجزاء محدود به منظور شبیه‌سازی فرآیند یخ‌زدگی در تیر کامپوزیتی مقیاس‌کوچک تقویت شده با الیاف با شیار لبه‌ای ارائه شده و نیروی وارده بر تیر ناشی از یخ‌زدگی آب در دمای انجماد به کمک مدل محاسبه شده است. بر اساس این تکنیک، پارامتر جدیدی که اثر انبساط یخ نامیده می‌شود، معرفی و به کمک آن، تاثیر زاویه بازشوندگی شیار و ضخامت تیر بر توزیع تنش و کرنش در امتداد دهانه شیار بررسی شده است. با مصالحه بین مسئله واقعی، پره آسیب دیده ناشی از بهره‌برداری، و استاندارد موجود که معمولا برای توصیف رفتار شکست مواد کامپوزیتی استفاده می‌شود، یک هندسه بهینه برای تحقیقات آزمایشگاهی طراحی شده است. نتایج تجربی حاصل از تیر کامپوزیتی مقیاس‌کوچک بر اساس هندسه طراحی شده که تحت اثر همزمان رطوبت و دمای انجماد قرار دارد، اهمیت فاکتور انبساط یخ بر پاسخ مواد و سازه‌ها به ازای سیکل‌های مختلف سرمایش/گرمایش را نشان می‌دهد.

Dimensional characteristic of glass/epoxy composite plate with edge notch under wet freezethaw cycles

Freezing water in the surface cracks of wind turbine blades can remarkably deteriorate its mechanical properties. In order to investigate this phenomena, a finite element model is developed to simulate the icing process in a small scale fiber reinforced composite beam with a sharp notch. The load exerted from the ice onto the beam is calculated by using the model taking into account the expansion of water at freezing temperature. Based on this technique, a new parameter, called the ice expansion effect, is introduced and employed to study the influence of notch opening angle and the beam thickness on the distribution of stress and strain along the notch faces. Compromising between the actual problem, inservice damaged blades, and the existing standard which is commonly applied for characterization of fracture behavior of composite materials, an optimum geometry is designed for experimental investigations. The experimental results acquired from small scale composite beams based on the designed geometry and simultaneously imposed to humidity and freezing temperature demonstrate the significance of ice expansion factor on the monotonic response of the materials and structures conditioned at different number of freezethaw cycles.