اثر کسرهای حجمی بر تمرکز تنش سوراخ در مواد مرکب تک لایه با احتساب پلاستیسیته در ماتریس
Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering
1 - استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی- واحد اهواز، ایران.
Keywords: ماده مرکب تک لایه, ناحیه پلاستیک, کسرهای حجمی, تئوری شیرلگ, تئوری ماتریس تسلیم یافته, تمرکز تنش سوراخ,
Abstract :
در این مقاله، تمرکز تنش در اطراف یک سوراخ در مواد مرکب تک لایه با الیاف بلند که در آن الیاف در جهت طولی تک لایه قرار دارند بررسی شده است. تک لایه دارای طول بینهایت، عرض محدود و ضخامت ثابت بوده و تحت بار کششی ثابت در بینهایت قرار دارد. ناپیوستگی به صورت سوراخ بیضی شکل بطور متقارن در وسط تک لایه قرار دارد و فرض بر این است که بر اثر ازدیاد تنش برشی در ماتریس اطراف سوراخ یک ناحیه تسلیم یافته به طول در ماتریس ایجاد شده است؛ بدین منظور از تئوری ماتریس تسلیم یافته برای بررسی ناحیه تسلیم استفاده شده است. با استفاده از تئوری شیرلگ، با در نظر گرفتن المان حجمی معادلات تعادل حاکم بر تک لایه استخراج شده است. سپس، با توجه به شرایط مرزی و پیوستگی حاکم بر تک لایه نتایج تمرکز تنش در اطراف سوراخ بصورت تحلیلی بدست آمده است. در نهایت، تمرکز تنش در اطراف سوراخ با استفاده از یک کد کامپیوتری محاسبه شده است. محاسبه ضریب تمرکز تنش در اطراف سوراخ با استفاده از روش تحلیلی شیرلگ، با در نظر گرفتن پلاستیسیته در ماتریس و کسر حجمی الیاف و ماتریس از اهداف اصلی میباشد. همچنین اثر تعداد الیاف شکسته شده، تعداد کل الیاف و تغییر شکل سوراخ روی ضریب تمرکز تنش نیز بررسی شده است. مشاهده میشود که ضریب تمرکز تنش با افزایش طول ناحیه پلاستیک کاهش مییابد. همچنین ضریب تمرکز تنش در حالت الاستیک با افزایش کسر حجمی الیاف افزایش یافته و در حالت پلاستیک با افزایش کسر حجمی الیاف ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابد.
[1] Hedgepth J., Van Dyke P., Local Stress Concentration in Imperfect Filamentary Composite Materials, Journal of Composite Materials, vol. 1, 1967, pp. 294 - 309.
[2] Hedgepth J., Van Dyke P., Stress Concentration from Single Filament Failure in Composite Materials, Textile Research Journal, vol. 39, 1969, pp. 618 – 626.
[3] Franclin H.G., Hole Stress Concentration in Filamentary Structures, Fibers Science and Technology, vol. 2, 1970.
[4] Ko W.L., Nagy A., Francis P.H., Lindholm U. S., Crack Extension in Filamentary Materials, Engineering Fracture Mechanics, vol. 8, 1976, pp. 411– 424.
[5] Rossetos J.N., Shishesaz M., Stress Concentration in Fiber Composite Sheets Including Matrix Extension, Journal of Applied Mechanics, vol. 54, 1987, pp. 723-724.
[6] Landis C.M, McMeeking R.M., A Shear-Lag Model for a Broken Fiber Embedded in a Composite with a Ductile Matrix, Composite Science and Technology, vol. 59, 1999, pp. 447-457.
[7] Sayman O., Aksoy S., Elastic-Plastic Stress Analysis of Simply Supported and Clamped Aluminum Metal-Matrix Laminated Plates with a Hole, Composite Structures, vol. 53, 2001, pp.355-364.
[8] Miserez A., Rossoll A., Mortensen A., Investigation of Crack-tip Plasticity in High Volume Fration Particulate Metal Matrix Composite, Engineering Fracture Mechanics, vol. 71, 2004, pp. 2385-2406.
[9] Peters, S.T., Handbook of Composite, London: Chapman & Hall, 1998.
[10] ASM International Handbook Committee, Engineered Materials Handbook, Composite, Vol. 4, U. S., 1987.
[11] Lubin, G., Handbook of Composite Materials, Van Nostrand Reinhold Company, 1982.
