• شماره ركورد
    25562
  • شماره راهنما
    MEC2 297
  • عنوان

    مدل‌سازي عددي رشد تورق خستگي مود تركيبي در كامپوزيت‌ تك-جهته

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1404/10/28
  • صفحه شمار
    92 ص .
  • استاد راهنما
    محمد حيدري راراني
  • استاد مشاور
    فرهادتيموري
  • كليدواژه فارسي
    رشد تورق خستگي , مود تركيبي , مدل ناحيه چسبناك , روش بستن مجازي ترك , روش المان¬محدود توسعه¬يافته
  • چكيده فارسي
    مواد مركب به¬دليل مزاياي منحصر به¬فرد، كاربرد گسترده‌اي در صنايع پيشرفته پيدا كرده‌اند. با اين حال، پديده تورق (جدايش لايه‌ها) به¬عنوان يكي از مهم‌ترين مكانيزم‌هاي خرابي در اين مواد تحت بارگذاري چرخه‌اي شناخته مي‌شود. اين پژوهش به¬ بررسي رشد تورق خستگي در حالت تركيبي مودهاي I و II با استفاده از روش بسته شدن مجازي ترك، المان¬محدود توسعه¬يافته و مدل ناحيه چسبناك مي‌پردازد. در اين مطالعه، اثر نسبت مود بر رفتار رشد ترك خستگي با نسبت مود¬هاي 20، 50 و 80 درصد مورد تحليل قرار گرفته است. پياده‌سازي روش بستن مجازي ترك در چارچوب حل¬گر چرخه مستقيم، امكان مدل‌سازي كارآمد رشد ترك تحت بارگذاري خستگي را فراهم مي‌سازد و آن را به ابزاري قدرتمند براي مدل‌سازي رفتار رشد تورق خستگي تبديل كرده است. با اين حال، نياز ذاتي اين روش به تعريف مسير رشد ترك از پيش، اصلي‌ترين محدوديت آن محسوب مي‌شود. روش المان¬محدود توسعه¬يافته اگرچه ابزار قدرتمندي براي مدل‌سازي رشد خودكار ترك در مسيرهاي پيچيده و ناشناخته است، اما براي مدل‌سازي رشد تورق خستگي در شرايط مود تركيبي در مواد مركب لايه‌اي چندان توصيه نمي‌شود. دليل اصلي اين امر، انحراف ترك از مسير بين‌لايه‌اي در مدل‌سازي نمونه مود تركيبي است كه در اين پژوهش مشاهده شد. قانون پاريس براي مدل‌سازي نرخ رشد ترك و معيار بنزگا -كنان براي ارزيابي چقرمگي شكست معادل براي مود تركيبي و براي مدل¬سازي با روش بستن مجازي ترك و المان¬محدود توسعه¬يافته به‌كار گرفته شده‌اند. انتخاب نمو زماني مناسب در روش بستن مجازي ترك بر خلاف روش المان¬محدود توسعه¬يافته نقش تعيين‌كننده‌اي در دقت نتايج دارد. به‌طور مشخص، استفاده از نمو اوليه زماني كمتر از 005/0 ثانيه براي روش بستن مجازي ترك و نمو اوليه زماني 0.01 ثانيه براي روش المان¬محدود توسعه¬يافته داراي بهترين نتايج است. روش مدل ناحيه چسبناك در اين پژوهش، با توسعه يك زيربرنامه UMAT اختصاصي پياده‌سازي شد، زيرا نرم‌افزار آباكوس به¬صورت پيش‌فرض از قابليت مدل¬سازي خستگي با اين روش پشتيباني نمي‌كند. براي مدل¬سازي رشد تورق خستگي با روش مدل ناحيه چسبناك از تركيب قانون كشش-جدايش دوخطي با مدل آسيب خستگي تورن كه مبتني بر روش پوش بارگذاري است استفاده شد. اگرچه اين قانون ساده، براي مدل¬سازي آغاز آسيب و رشد ترك در شرايط شبه‌استاتيك مفيد بود، اما نتايج نشان داد كه اين مدل ساده قادر به پيش‌بيني صحيح تورق خستگي در نسبت مودهاي نزديك به مود اول نيست و براي تعيين رفتار آن نياز به مدل¬هاي پيچيده¬تر است.
  • كليدواژه لاتين
    Fatigue delamination growth , Mixed mode , Cohesive zone model (CZM) , Virtual crack closure technique (VCCT) , Extended finite element method (XFEM)
  • عنوان لاتين
    Numerical modeling of mixed mode fatigue delamination growth in unidirectional composite
  • گروه آموزشي
    مهندسي مكانيك
  • چكيده لاتين
    Composite materials have found extensive applications in advanced industries, due to their unique advantages. However, delamination (layer separation) is recognized as one of the most critical failure mechanisms in these materials under cyclic loading. This research investigates fatigue delamination growth under mixed-mode I an‎d II loading conditions using the Virtual Crack Closure Technique (VCCT), the Extended Finite Element Method (XFEM) an‎d the Cohesive Zone Model (CZM). The effect of the mode ratio on fatigue crack growth behavior is analyzed for mode mixities of 20%, 50%, an‎d 80%. Implementing VCCT within a direct cyclic solver framework enables efficient modeling of crack growth under fatigue loading, making it a powerful tool for simulating fatigue delamination behavior. However, its inherent requirement for a predefined crack growth path remains its primary limitation. The XFEM, while a powerful tool for modeling autonomous crack growth along complex an‎d unknown paths, is not highly recommended for modeling mixed-mode fatigue delamination in laminated composites. The primary reason for this is the observed tendency of the crack to deviate from the interlaminate path when modeling the mixed-mode specimen in this study. The Paris law was used to model the crack growth rate, an‎d the Benzeggagh-Kenane (B-K) criterion was employed to eva‎luate the equivalent mixed-mode fracture toughness for simulations using both VCCT an‎d XFEM. selec‎ting an appropriate time increment is crucial for result accuracy in VCCT, unlike in XFEM. Specifically, using an initial time increment of less than 0.005 seconds for VCCT an‎d 0.01 seconds for XFEM yielded the best results. The CZM was implemented in this study by developing a custom UMAT subroutine, as the Abaqus software does not natively support fatigue modeling with this method. For modeling fatigue delamination growth using CZM, a bilinear traction-separation law was combined with the Turon fatigue damage model, which is based on the load-envelope method. Although this simple model was effective for simulating damage initiation an‎d crack growth under quasi-static conditions, the results demonstrated its inability to accurately predict fatigue delamination at mode mixities close to pure Mode I. This indicates a need for more complex models to determine its behavior under such conditions.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    153716
  • نويسنده

    الهي فر، محمد