پاسخ گذاری توزیع تنش برشی در اتصال چسبی تک‌لبه کامپوزیتی ناشی از شکسته شدن الیاف

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

محمد شیشه ‏ساز ¹ , سعید یعقوبی ²

1 - استاد گروه مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز
2 - دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینای همدان.

تاريخ الإرسال : 20 السبت , ربيع الثاني, 1437 تاريخ التأكيد : 20 السبت , ربيع الثاني, 1437 تاريخ الإصدار : 11 الخميس , ربيع الثاني, 1437

الکلمات المفتاحية: تنش برشی, مواد مرکب, الیاف, اتصال چسبی, تنش گذرا,

ملخص المقالة :

در این پژوهش، توزیع تنش برشی گذرای ایجاد شده در اثر شکسته شدن الیاف در ماتریس و چسب موجود در اتصال چسبی بررسی شده است. تنش گذرا، پاسخ دینامیکی سیستم در اثر ایجاد ناپیوستگی در الیاف، از لحظه گسسته شدن تا لحظه رسیدن به‏حالت تعادل می‏باشد. به منظور بررسی این رفتار، معادله های حاکم بر حرکت الیاف در اتصال چسبی با ابعاد محدود در حضور گسستگی استخراج شده و تاثیر تعداد الیاف شکسته شده بر توزیع تنش برشی گذرای سازه مرکب بررسی شده است. برای استخراج معادله های جابه‏جایی الیاف، از مدل شیرلگ و برای حل معادله های، از روش تفاضل محدود صریح استفاده شده است. در ادامه، تاثیر تغییر جنس الیاف و ضخامت لایه چسبی بر توزیع تنش نیز بررسی شده است. نتایج نشان می­دهد که با افزایش تعداد الیاف گسسته شده، ضریب تمرکز تنش و در نتیجه تنش برشی در سازه مرکب افزایش می‏یابد. افزون بر این، مقدار تنش برشی ایجاد شده در ماتریس و چسب با افزایش مدول الاستیسیته الیاف کاهش می‌یابد، به‏گونه‏ای‏که بیشینه تنش برشی در اتصال با الیاف از جنس شیشه () و گرافیت ()، به‏ترتیب برای ماتریس 861/0 و 463/0 و برای چسب 192/3 و 409/2 مگا پاسکال می‏باشد

المصادر:

- سید محسن محسنی شکیب،"مکانیک سازه‏های مرکب"، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، موسسه چاپ و انتشارات، 1389.

2- M. R. Nedele and M. R. Wisnom,"Stress concentration factors Around a Broken Fiber in a Unidirectional Carbon Fiber-Reinforced Epoxy", Institute of Structures and Deisgn, Vol 25, pp. 549–557, 1994.

3-ایرج رجبی، فرهاد رحیمی، کامبیز بخشنده، "اثرات تمرکز تنش در اتصالات چسبی یک‏لبه کامپوزیتی"، چهاردهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اردیبهشت 1385.

4-Z.Y. Wang, L. Wang, H. Deng and J.W. Tong,"An Investigation on Strain/Stress Distribution Around the Overlap End of Laminated Composite Single-Lap Joints", Composite Structures, Vol89, pp. 589–595, 2009.

5-B. Beylergil, Y. Cunedioglu and A. Aktas,"Experimental and Numerical Analysis of Single Lap Composite Joints

with Inter-Adherend Fibers", Composite Part B, Vol 42, pp. 1885–1896, 2011.

6-G. Challita and R. Othman,  "Analytical Model of the Double-Lap Bonded Joints Response to Harmonic Loads", Composite Part B, Vol 42, pp. 1885–1896, 2011.

7-هاشم موسوی‌تبار، "تحلیل تنش اتصالات چسبی کامپوزیتی"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، شهریور 1388.

8-مجید دانیالی، "بررسی تمرکز تنش ناشی از وجود ترک در اتصالات مواد مرکب"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، اسفند 1390.

9-J.M.Hedgepeth,"Stress Concentration in a Filamentary Structures", TND-882, 1961.

10-عرفان میرشکاری، "پاسخ گذرای توزیع تنش در چند لایه مرکب سه‏بعدی تحت ترک"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، اردیبهشت 1388.

11-S. C. Chapra and R. P. Canale, Numerical Method of Engineering, 6rd ed., McGraw-Hill, New York, 2010.

12-D. L. Logan and A First Course in the Finite Element Method, 4rd ed., Thomson, University of Wisconsin-platteville, 2007.