اثر نسبت پواسون منفی بر پاسخ مکانیکی و رفتار آسیب چندلایه‌های کامپوزیتی کربن/اپوکسی تحت ضربه کم سرعت

در این مقاله، اثر نسبت پواسون منفی بر پاسخ مکانیکی و بهبود رفتار آسیب چندلایه‌های کامپوزیتی کربن/اپوکسی تحت ضربه کم سرعت بررسی شده است. برای این منظور، یک کد متلب با هدف تعیین محدوده زوایای چیدمان برای دستیابی به هر دو نسبت پواسون منفی داخل صفحه و در ضخامت بر اساس تئوری کلاسیک لایه‌ای توسعه داده شده است. همچنین، مدل آسیب پیش‌رونده با استفاده از یک زیربرنامه vumat متشکل از معیار خرابی هاشین و پاک و مدل تکامل آسیب بر اساس روش کرنش معادل برای پیش‌بینی شروع و تکامل آسیب برای زمینه و الیاف نوشته و اجرا شده است. در فرآیند تحقیق، عملکرد ضربه‌پذیری چندلایه‌های آگزتیکی در مقایسه با چندلایه‌های کامپوزیتی با نسبت پواسون مثبت با چیدمان‌های متعامد و زاویه‌دار مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان داد در برخی‌از حالت‌های آسیب، رفتار آگزتیکی می‌تواند منجر به بهبود آسیب چندلایه‌های کامپوزیتی شود. بر اساس تجزیه ‌و‌ تحلیل نتایج، بیشترین مقدار آسیب لایه‌لایه‌شدن، کششی زمینه، فشاری زمینه و کششی الیاف به‌ترتیب در چندلایه‌ زاویه‌دار، آگزتیکی در ضخامت، متعامد و آگزتیکی در ضخامت مشاهده شده است. دراین‌بین، چندلایه‌های متعامد، زاویه‌دار و آگزتیکی در ضخامت با ویژگی‌هایی همچون نیروی ضربه زیاد، زمان ضربه کم، بیشینه جابه‌جایی کم و انرژی اتلاف‌شده کمتر نسبت به چندلایه‌ آگزتیکی داخل صفحه، برای کاربرد در سازه‌هایی با رویکرد طراحی دیوارسخت مناسب هستند. همچنین، چندلایه آگزتیکی داخل صفحه با ویژگی‌هایی مانند نیروی ضربه کم، زمان ضربه زیاد، جابه‌جایی زیاد و انرژی اتلاف‌شده بیشتر نسبت به سایر چندلایه‌های کامپوزیتی، برای استفاده در سازه‌های فداشونده کاربردی و عملیاتی است.

effect of negative poisson’s ratio on mechanical response and damage behavior of carbon/epoxy composite laminates under low-velocity impact

in this paper, the effect of negative poisson’s ratio on the mechanical response and improving the damage behavior of carbon/epoxy composite laminates under low-velocity impact is studied. for this purpose, a matlab code is developed to determine the range of sequence angles to achieve both negative poisson’s ratio in-plane and through-thickness based on clt. also, the progressive damage model is written and implemented using the user-material subroutine-vumat consisting of hashin and puck failure criteria and the damage evolution model based on the equivalent-strain method to predict the initiation and evolution of damage for matrix and fiber. in the research process, the impact resistance performance of auxetic laminates is evaluated in comparison with composite laminates with positive poisson’s ratio with cross-ply and angle-ply sequences. the results showed that in some damage modes, auxetic behavior can lead to the improvement of composite laminate damage. based on the analysis of the results, the highest damage amount of delamination, matrix tension, matrix compression, and fiber tension damage is observed in angle-ply, through-thickness auxetic, cross-ply, and through-thickness auxetic laminates, respectively. meanwhile, cross-ply, angle-ply, and through-thickness auxetic laminates with characteristics such as high impact force, low impact time, low maximum displacement, and less dissipated energy than in-plane auxetic laminate are suitable for use in structures with hardwall design approach. also, the in-plane auxetic laminate with features such as low impact force, high impact time, high displacement, and more dissipated energy than other composite laminates, is practical and operational for use in sacrificial structures.