ارائه مدل تحلیلی برای بررسی اثر تغییر دما بر تنش پسماند و تغییر شکل چندلایه‌های کامپوزیتی متقارن و نامتقارن

فرآیند پخت کامپوزیت ها با مشکلاتی از قبیل شکل گیری تنش پسماند و اعوجاج همراه است. با توجه به هزینه هایی که صرف ساخت کامپوزیت ها می شود، شبیه سازی فرآیند ساخت با هدف پیشگیری از هدررفت هزینه ها از اهمیت بالایی برخوردار است. از روش های متداول و ساده ساخت کامپوزیت ها لایه چینی دستی است. در پژوهش حاضر، تنش صفحه ای حاصل از تغییر دمای چندلایه های کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته و انحنای ناشی از آن تحلیل شده است. بدین منظور دو نمونه متقارن و نامتقارن با هشت لایه دچار 100درجه تغییر دما شده و تنش های نرمال و برشی محاسبه شده اند. ابتدا به کمک نظریه کلاسیک لایه ای که مهم ترین نظریه در تحلیل تنش کامپوزیت هاست، خواص مکانیکی ترکیب اپوکسی و الیاف شیشه با درصد حجمی 70% و میزان تغییر دما و ترتیب لایه ها در برنامه نوشته شده وارد شده اند. سپس مقدار هر سه مولفه تنش درون صفحه ای خوانده شده و مقدار عددی انحنا به دست آمد که میزان آن برای نمونه متقارن ناچیز دیده شد. به منظور تایید صحت میدان تنش های پسماند، شبیه سازی المان محدود برای هر دو نمونه صورت گرفته است که نتایج با خطایی ناچیز مجدداً به دست آمدند. فرض هایی که در شبیه سازی المان محدود و نظریه کلاسیک لایه ای فرض شده اند منجر به اختلاف نتایج با واقعیت می شوند. با وجود این فرضیات، شبیه سازی حرارتی چندلایه های کامپوزیتی در نرم افزار آباکوس می تواند پیش بینی مطلوبی از واقعیت داشته باشد. نوآوری پژوهش حاضر در استفاده از این نرم افزار و تایید نتایج کدنویسی است.

Analytic model for investigation of effect of temperature change on residual stress and curvature of symmetric and un-symmetric composite laminates

Curing process of composites results in the formation of residual stress and distortion. According to costs of composites fabrication, simulation of the fabrication process in order to avoid wasting investment is important. A common and simple method of composite fabrication is hand layup. In this research plane stress due to temperature change of composite laminates has been investigated and its resultant curvature has been analyzed. So, two symmetric and unsymmetric laminates with eight plies are subjected to 100degree centigrade temperature change and normal and shear stresses have been calculated. First, by classical lamination theory which is the most important theory in stress analysis of composites, mechanical properties of glass/epoxy composite with 70 percent volume fraction, temperature change and stacking sequence are input variables of the written program. Three inplane stress component is read and the amount of curvature has achieved that shows it is negligible for the symmetric sample. To validate the residual stress field, finite element simulation for both samples has been done that resulted in finding the same results with negligible errors. Assumptions are considered in finite element modeling and classical lamination theory which result in deviation of outputs from reality. In spite of these assumptions, the thermal simulation of composite laminations in ABAQUS software can have the desired prediction of reality. The innovation of the research is the use of this software and the verification of code.