بررسی تجربی نقش تنش های سه بعدی در لبه های آزاد در خرابی چند لایه‌های کامپوزیتی تحت بار گسترده جانبی

ایجاد و رشد ناگهانی تنش های برشی و عمود بر سطح بین لایه ای، در نزدیکی لبه های آزاد چندلایه کامپوزیتی که دارای لایه چینی با زوایای الیاف متفاوت است، با عنوان اثر لبه شناخته می شود. روش کانترویچ به عنوان یکی از فنون حل تحلیلی سه بعدی است که علاوه بر اینکه در حل مسائل الاستیسیته مورد استفاده قرار گرفته، اخیرا برای حل معادلات الاستیسیته سه بعدی چندلایه های کامپوزیتی نیز معرفی شده است. در این روش، ابتدا میدان جابجایی به صورت یک سری از حاصل ضرب توابعی تک متغیره فرض می شود. سپس با حل معادلات دیفرانسیل در یک راستای مجهول و تکرار همین روال برای دیگر راستاها، با فرض جواب به دست آمده در راستای قبلی، و با یک یا چندین تکرار محدود، مسئله حل می شود. آنچه در این تحقیق به آن پرداخته شده است در مرحله اول تهیه برنامه ای محاسباتی برای حل تئوری مسئله ورق کامپوزیتی ضخیم تحت بار گسترده عرضی بر مبنای روش کانترویچ است که نتایج آن با تحقیقات قبلی صحت سنجی شده است. در مرحله دوم که هدف اصلی از این تحقیق در آن نهفته است، آزمایش هایی برای صحه گذاری و محک زدن دقت ابزار حل تئوری در پیش بینی خرابی بر روی یک ورق کامپوزیتی با لایه چینی های گوناگون اجرا شده است. با به کار بستن معیارهای شکست متناسب و مدل کاهش خواص ماده، نشان داده شده است که پیش بینی حل تئوری توانسته زمان و موقعیت شکست را با دقت خوبی نمایش دهد.

An Experimental Investigation on the Effect of 3D Stresses at Free Edges on the Failure of Composite Laminates under Distributed Lateral Load

Rapid increase in interlaminar and normal stresses of composite laminates with different lamina fiber directions at their free edges is known as “Free Edge Effect”. Normally three dimensional elasticity solution methods are required to analyze such plates. Kantrovitch method is one of these analytical techniques. In this method displacement field is initially assumed to be a sum of multiplication of single variable functions and then the differential equations are solved in one of the unknowns coordinate direction. The results from this solution are then implemented for next step to find known functions for other directions. The process will repeat until getting convergency. In this paper the basic concepts of the required theory are firstly introduced. The problem is then solved and results are verified with those available in the literature works. In the second main part of the paper, a test setup is introduced which is used to test various composite laminates to validate the theory results for failure prediction. Comparing failure load results are shown that there is a good agreement between the results from the analytical and experimental methods.