ارزیابی آسیب لوله‌های کامپوزیتی رشته‌پیچی شده تحت بارگذاری جانبی با روش ‌نشرآوایی و شبیه‌سازی المان محدود

استفاده از ساختارهای کامپوزیتی جدار‌نازک به طور فزاینده در طراحی وسایل نقلیه‌ی سبک وزن با ظرفیت جذب انرژی بالا درتصادف‌ها، مورد اهمیت دارد. کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف، مانند پلیمر‌های تقویت شده با الیاف شیشه به دلیل ویژگی‌هایی مانند وزن سبک و خواص مکانیکی بالایی که دارند علاوه بر صنایع خودروسازی، توجه روزافزونی را در دیگر صنایع به خود جلب کرده‌اند. کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف، انرژی وارده را به سازوکار‌های مختلفی صرف خرابی ساختار خود می‌کنند که از نظر آسیب در سازه؛ جدایش الیاف از ماتریس، شکست الیاف و ترک‌خوردگی ماتریس، از شایع‌ترین مکانیزهای خرابی می‌باشند. در این پژوهش با بررسی تحقیقات گذشته، پارامتر‌های طراحی لوله‌های ساخته شده با الیاف شیشه و ابعاد بهینه جهت ساخت تعیین گردید، سپس با روش‌های مکانیکی، نشرآوایی و شبیه‌سازی المان محدود به بررسی انواع سازوکار‌های خرابی در نمونه‌های رشته‌پیچی شده با زاویه 45 درجه پرداخته شد، بررسی خرابی توسط روش نشرآوایی نشان داد که سازوکار غالب خرابی برای نمونه‌ها، شکست الیاف می‌باشد. به منظور شبیه‌سازی دقیق رفتار نمونه‌ها  با توسعه زیرروال‌ وی‌یومت (vumat) و به کمک معیارهای آسیب هاشین سه‌بعدی برای شروع آسیب و معیار آسیب پیوسته در پیش‌بینی  گسترش خرابی استفاده شد. تطابق نمودارهای تجربی بدست آمده با نتایج حاصل از زیرروال توسعه داده شده، مدل مورد نظر را به جهت پیش‌بینی رفتار نمونه کامپوزیتی حتی بعد از حداکثر نیروی قابل تحمل به خوبی تایید کرد.  مقایسه نمودارهای نیرو‌جابجایی با داده‌های انرژی حاصل از روش نشرآوایی مبین قابلیت روش نشرآوایی برای پیش‌بینی رفتار لوله‌های کامپوزیتی، تحت بارگذاری جانبی می‌باشد.

evaluation of damage of filament wound composite tubes under lateral loading by acoustic emission method and finite element simulation

thin-walled composite structures are increasingly used in vehicles where light weight and high energy absorption capacity are important. fiber reinforced composites, such as glass/fiber reinforced polymers, have attracted attention in automotive engineering due to their properties such as light weight and high mechanical properties. fiber reinforced composites use the energy in various ways to damage their structure, which in terms of structural failure; delamination, fiber breakage, and matrix cracking are the predominant conditions. according to the literature, design parameters and optimal dimensions of glass/epoxy composite tubes were determined. after that, by using experimental testing, acoustic emission technique, and finite element method, various failure mechanisms of 45 ° filament wound composite tube were investigated. examination of failure by acoustic emission method showed that the predominant mechanism for 45 ° samples is fiber breakage. in order to simulate the behavior of the samples, the vumat subroutine was used with the help of 3d hashin criteria for the onset of damage and the continuous damage criterion was used to simulate the spread of failure. the agreement of the obtained experimental diagrams with the subroutine developed for the composite simulation confirmed the ability of the model to predict the behavior of the composite sample even after the maximum tolerable force. by comparing the force-displacement diagrams with the energy data obtained from the acoustic emission method, it was found that the acoustic emission method can be used to predict the behavior of composite pipes under lateral loading.