تحلیل قابلیت اطمینان عدم ‌وقوع و رشد جدایش بین لایه‌ای ناشی از ترک ماتریسی در چندلایه‌های کامپوزیتی عمومی

چندلایه‌های کامپوزیتی برخلاف سایر مواد از منابع عدم‌قطعیت بیشتری نظیر عدم‌قطعیت در خواص مواد برخوردارند، از این‌رو پیش‌بینی احتمالاتی وقوع انواع آسیب‌ها در چندلایه‌های کامپوزیتی تحت اثر رفتار تصادفی سازه‌های کامپوزیتی، بسیار ضروری می‌باشد. جدایش بین لایه‌ای ناشی از ترک ماتریسی یکی از مودهای مخربی می‌باشد که در چندلایه‌های کامپوزیتی می‌تواند رخ دهد. در این مقاله یک الگوریتم جدید برای پیش‌بینی احتمالاتی وقوع و رشد جدایش بین لایه‌ای ناشی از ترک ماتریسی بر مبنای مفهوم نرخ رهایی انرژی و مقدار بحرانی آن در مود دوم بارگذاری توسعه داده شده است و با به‌کارگیری روش پیشنهاد‌شده تحلیل قابلیت اطمینان عدم‌وقوع جدایش بین لایه‌ای ناشی از ترک ماتریسی انجام شده است. تابع حالت حدی با استفاده از یک معیار خرابی عمومی که توسط نویسندگان این مقاله در قبل توسعه داده شده است، فرموله شده است. برای نشان دادن عملکرد الگوریتم پیشنهاد شده، با استفاده از روش‌های مرتبه اول و مرتبه دوم قابلیت اطمینان احتمال وقوع و رشد جدایش بین لایه‌ای ناشی از شکل‌گیری ترک ماتریسی به شکل‌های مختلف در یک چندلایه شبه‌همسانگرد حاوی تک‌لایه‌های 45، 90، 45 و 0 درجه تحت شرایط بارگذاری و لایه‌چینی‌های متفاوت به‌دست آمده است. احتمالات به ‌دست‌ آمده با استفاده از شبیه‌سازی مونت‌کارلو صحت‌سنجی شده است. علاوه‌ بر ‌این نتایج مهم به‌صورت کیفی با استفاده از برخی داده‌های تجربی در دسترس اعتبارسنجی شده‌اند. در این پژوهش اثر متغیرهایی چون ضخامت تک لایه‌ها، سطح تنش تک محوره طولی و حضور تنش‌های درون‌صفحه‌ای به‌طور همزمان بر احتمال وقوع و رشد جدایش بین لایه‌ای ناشی از ترک ماتریسی بررسی شده‌اند.

Reliability analysis of the delamination onset and growth due to the matrix cracking in general composite laminates

Unlike other materials, composite laminates have more uncertainty sources, such as uncertainty in the material properties; hence it is very essential to predict the probability of the occurrence of various types of damage modes in composite laminates due to random behaviors of composite structures. Matrix cracking induced delamination (MCID) is one of the catastrophic modes that can occur in composite laminates. In this paper, a new algorithm for probabilistic prediction of MCID based on the concept of energy release rate and its critical value was developed and by applying this proposed framework, the reliability analysis of MCID damage was performed. The limit state function was formulated using a general failure criterion which was developed by the authors of this article, previously. To represent the performance of the proposed algorithm, the probability of the occurrence and growth of MCID in a quasiisotropic laminate including 45°, 90°, 45° and 0° plies under different loading conditions and various stacking sequences was extracted by using first and second order reliability methods (FORM and SORM),. The verification of the obtained probabilities was performed using Monte Carlo simulation (MCS). In addition, some significant results were validated using several experimental data, qualitatively. The effect of variables such as the ply thickness, the level of longitudinal uniaxial stress and the presence of general inplane stresses on the probability of occurrence and growth of MCID was investigated.