تاثیر چیدمان لایه‌ها بر تنش فون‌میسز در کامپوزیت تیتانیوم-فیبر کربن به کمک تحلیل اجزای محدود در نرم افزار abaqus

توسعه مواد پیشرفته برای ایمپلنت‌های پزشکی با استفاده از کامپوزیت‌های تقویت‌شده با فیبر کربن (cfrps) و ماتریس تیتانیوم به دلیل خواص مکانیکی و زیست‌سازگاری اهمیت ویژه‌ای یافته است. این مطالعه تاثیر زاویه و ترتیب لایه‌ها در دو سری(0°-90° و 0°-45°) کامپوزیت تیتانیوم (ti-6al-4v) با 40٪ فیبر کربن، را بر تنش فون میسز در محیط آباکوس بررسی کرد. این شبیه‌سازی صفحه‌ای با ابعاد 100×100 میلی‌متر و ضخامت 4 میلی‌متر تحت بار خطی 100 نیوتن بر میلی‌متر مربع با تعریف کامپوزیت 4 لایه‌ای با 4 سبک چیدمان مختلف مدل‌سازی کرد. داده‌های تنش فون میسز پس از استخراج به پایتون منتقل شده و با تست‌های آماری ناپارامتریک (shapiro-wilk، kruskal- wallis ، mann-whitney u، و dunn’s post-hoc) تحلیل شدند. نتایج نشان داد چیدمان 0-90-90-0 با میانگین تنش 411/0 mpa بالاترین مقاومت را دارد، در حالی که 90-0-0-90 با 087/0 mpa کم‌ترین مقاومت را نشان داد. دامنه تنش سری 0°-90° بیشتر از 0°-45° بود، که به تراز فیبرهای کامپوزیت با جهت بار وارده مرتبط است. تست kruskal-wallis (p = 0.000) و mann-whitneyu (p = 0.000)، r = 0.214 تفاوت معنادار بین چیدمان‌ها و برتری سری 0°-90° را تایید کردند. این یافته‌ها اهمیت انتخاب مناسب چیدمان لایه‌ها و در نظر گرفتن تاثیر زاویه بر رفتار مکانیکی از جمله کاهش تنش حاصل را نشان میدهد.