بررسی انتشار ترک بین‌لایه‌ا‌ی در سطح اتصال وصله کامپوزیتی به زیر لایه فولادی

یکی از کاربردهای مواد کامپوزیتی در صنعت نفت و گاز، استفاده از این مواد برای تعمیر خطوط لوله فلزی فرسوده است. محاسبه نرخ رهایی انرژی کرنشی مود اول شکست، معیار مهمی در بررسی مقاومت اتصال و پیش بینی خرابی این نوع سازه ها است. در این مقاله، نرخ رهایی انرژی کرنشی حین رشد ترک در اتصال وصله کامپوزیتی به زیر لایه فولادی مورد بررسی قرار می گیرد. در این راستا ابتدا با استفاده از تئوری تیر الاستیک، روشی نوین برای محاسبه ضخامت فلز و کامپوزیت برای داشتن نمونه های یک سرگیردار متقارن ناهمجنس (udcb) ارایه می شود. این امر به این دلیل صورت می گیرد که استاندارد آزمون تجربی نرخ رهایی انرژی کرنشی (astm-d5528)، برای نمونه های تیر یک سرگیردار متقارن است. نمونه های ساخته شده در این پژوهش شامل کامپوزیت ساخته شده از الیاف شیشه تک جهته، رزین اپوکسی به همراه سخت کننده در نیمه بالایی و فولاد در نیمه پایینی تیر است. پس از نمونه سازی، نرخ رهایی انرژی کرنشی شکست نمونه های تیر یک سرگیردار دولبه متقارن و نامتقارن، به صورت تجربی محاسبه می شود. علاوه بر این برای تفکیک مود یک و دوی شکست در نمونه های متقارن و نامتقارن، مدل سازی المان محدود به روش بستن ترک مجازی صورت می گیرد. این تحلیل، صحت رابطه ارایه شده برای ضخامت لایه ها در تیرهای ناهمجنس برای رسیدن به مود یک خالص شکست در نمونه های متقارن را مورد آزمون قرار داده و تایید می کند. همچنین سهم مود اول و دوم شکست را در نرخ رهایی انرژی کرنشی کل نمونه های نامتقارن تعیین می نماید.

Investigating the Crack Propagation at the Surface of the Composite Patch Bonding to the Steel Substrate

One of the applications of composite materials in the oil and gas industry is to repair worn metal pipelines. Calculating the strain energy release rate of the first failure mode is an important criterion for testing the bond strength and predicting the failure of these types of structures. In this paper, the rate of strain energy release during crack growth in bonding a composite patch to a steel substrate is investigated. In this regard, using the theory of elastic beam first, a new method is proposed to calculate the thickness of the metal and composite for Unlike Double Cantilever Beam (UDCB). This is due to the fact that the standard for experimental test procedure of strain energy release rate (ASTMD5528) is for symmetric double cantilever beams. In this study, samples are fabricated from composite consisting of unidirectional fiberglass/ epoxy resin with harder in the upper and steel in the lower half of the beam. After sample fabrication, the strain energy release rate of UDCB and Asymmetric Unlike Double Cantilever Beam (AUDCB) are calculated experimentally. In addition, for the separation of first and second failure modes in symmetric and asymmetric samples, finite element simulation based on the virtual crack closure technique is presented. This analysis is to qualify the accuracy of the proposed equation for the thickness of unlike beams to achieve the first failure pure mode of symmetric samples. Also, it calculates the contribution of the first and second modes of failure in the strain energy release rate of AUDCB samples.