تحلیل چندمقیاسی آسیب پیش‌رونده در کامپوزیت‌های پایه‌پلیمری

فراگیری کامپوزیت‌ها در صنایع و کاربردهای گوناگون و به تبع آن ضرورت کاهش هزینه‌های طراحی محصول و همچنین افزایش توان محاسباتی کامپیوترها در دو دهه اخیر، منجر به شکل‌گیری روش‌های تحلیل چندمقیاسی با به‌کارگیری تئوری‌های میکرومکانیک و بررسی ریزساختار گردید. در این مقاله با استفاده از منحنی‌های تنش-کرنش تک‌لایه کامپوزیت در جهات اصلی، بارگذاری چندلایه‌های کامپوزیتی سالم و سوراخ‌دار مدل‌سازی شده و منحنی‌های تنش-کرنش آن‌ها پیش‌بینی شده‌اند. برای این کار روشی چندمقیاسی در زیرروال‌ومت نرم‌افزار آباکوس کدنویسی شده و از تئوری میکرومکانیک روش سلولی در آن استفاده گردیدهاست. منحنی‌های تنش-کرنش تک‌لایه دو ماده کامپوزیتی کربن/اپوکسی با نام‌های im7/977-3 و hta/6376 از مقالات استخراج شده و خواص الاستیک الیاف و ماتریس طی فرآیند محلی‌سازی، با استفاده از بهینه‌سازی به روش الگوریتم ژنتیک در محیط جعبه‌ابزار بهینه‌سازی نرم‌افزار متلب از آن‌ها استخراج گردید. همچنین روند رشد آسیب و استحکام شکست نهایی اجزا نیز از این منحنی‌ها بهدست آمدند. سپس بارگذاری کششی و فشاری تعدادی نمونه چندلایه مدل‌سازی شد و نتایج آن با نتایج تجربی مقایسه گردید. در این مرحله استحکام نمونه‌ها مطابقتی نسبتاً خوب و مدول الاستیک آن‌ها تحت بارگذاری کششی مطابقت خیلی خوبی با نتایج آزمایشها داشت اما مدول فشاری بیشتر از مقدار واقعی پیش‌بینی شد. منشا این عدم تطابق، درنظرنگرفتن وقوع ریزکمانش در لایه‌چینی‌های چندجهته پیش‌بینی شد که پس از اصلاح مدل، شبیه‌سازی با نمونه‌های قبلی و نمونه‌های جدید سوراخ‌دار تکرار گردید. نتایج به‌دست‌آمده از تکرار شبیه‌سازی، مطلوب ارزیابی شد و مدول‌های الاستیسیته و استحکام نمونه‌ها مطابقت نسبتاً خوبی با نتایج تجربی داشتند.