به کارگیری تئوری مکانیک شکست برای پیش بینی عمر خستگی ورق های چندلایه متعامد

در این مقاله از تئوری مکانیک شکست برای پیش بینی عمر خستگی ورق های چندلایه متعامد پایه پلیمری تحت بارگذاری متناوب استفاده شده است. در این رویکرد ابتدا سهم تنش در هر کدام از لایه ها با استفاده از تئوری کلاسیک تعیین می‌شود و سپس با به‌کارگیری تئوری جنبشی شکست مقادیر پارامترهای خرابی در اجزای هر لایه یعنی الیاف و ماتریس آن به‌صورت جداگانه محاسبه می‌شود. با انجام این روند و به‌کارگیری مدل خرابی پیش‌رونده خواص الیاف و ماتریس کاهش یافته و به تبع آن خواص لایه‌ها تغییر می‌یابند. این امر سبب تغییر در سهم تنش هر لایه و در نتیجه تنش‌های فایبر و ماتریس می‌شود. به این ترتیب عمر چندلایه عمری خواهد بود که مقدار پارامتر خرابی الیاف یا ماتریس در تمام لایه ها به مقدار بحرانی 1 برسد. در این رویکرد به‌منظور تعیین پارامترهای مادی موجود در رابطه تئوری جنبشی شکست برای ماده الیاف و ماتریس از نتایج تست‌های آزمایشگاهی روی لایه‌های تک‌جهته با زوایای 0 و 90 درجه استفاده می‌شود. ویژگی اصلی مدل ارائه شده کاهش چشمگیر میزان تست‌های آزمایشگاهی موردنیاز نسبت به روش‌های متداول است. به‌منظور اعتبارسنجی مدل حاضر، نتایج خستگی به‌دست آمده با نتایج آزمایشگاهی موجود برای ورق‌های تک‌لایه با زوایای مختلف و چندلایه متعامد مقایسه شده که تطابق بسیار خوبی بین نتایج مشاهده شده است.

Fatigue life prediction of crossply laminated composite plates using the kinetic theory of fracture

In this paper the kinetic theory of fracture is employed to predict fatigue life of composite crossply laminates. To this end, carrying stress in each layer is determined based on classical plate theory. Then using the rate dependent kinetic theory of fracture, damage index for constituents of each layer, matrix and fiber, are determined separately. According to these values, mechanical degradation model are applied separately for fiber and matrix material properties and the overall property of each layer will be updated. In this way carrying stress in each layer and consequently in fiber and matrix will be changed and fatigue failure is take place when value of fiber or matrix damage index in all layers of crossply laminated composite rises to the critical value. In this approach material parameters in fiber and matrix kinetic theory of fracture equations will be determined using experimental fatigue data for the longitudinal (θ= 0°) and transverse (θ= 90°) unidirectional, respectively. The huge advantage of this micromechanical model is reduction in amount of experimental test. Results from presented model show good agreement with experimental result presented by other researchers on crossply laminated composite plates.