مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

ارزیابی تطبیقی روش‌های محاسباتی تعیین چقرمگی شکست مود I در کامپوزیت‌های چندلایه تقویت‌شده با منسوجات بی‌بافت شیشه بر مبنای استاندارد ASTM D5528

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
10.30511/jmms.2026.2090330.1049
چکیده
پدیده لایه‌لایه‌شدن (Delamination) یکی از بحرانی‌ترین مکانیزم‌های تخریب در کامپوزیت‌های چندلایه است که ریشه در چقرمگی شکست بین‌لایه‌ای پایین آن‌ها دارد. در این پژوهش، به منظور افزایش چقرمگی شکست مود I، از میان‌لایه‌های بی‌بافت (Non-woven) الیاف شیشه در کامپوزیت‌های شیشه/اپوکسی استفاده شده است. بدین منظور، نمونه‌های کامپوزیتی با استفاده از سه نوع پارچه زمینه (با گرماژهای ۲۰۰، ۴۰۰ و ۶۰۰ گرم بر مترمربع) و دو نوع میان‌لایه (با گرماژهای ۱۵۰ و ۳۰۰ گرم بر مترمربع) ساخته شدند. سپس، آزمون تیر دولبه یکسرگیردار (DCB) مطابق با استاندارد ASTM D5528 انجام گرفت و نرخ رهایش انرژی کرنش بحرانی (GIC) با استفاده از سه رویکرد تحلیلی شامل «تئوری تیر اصلاح‌شده(MBT)، روش کالیبراسیون نرمی (CC) و روش کالیبراسیون نرمی اصلاح‌شده (MCC) محاسبه شد. تحلیل آماری نتایج نشان داد که ضریب تغییرات داده‌ها در روش‌های MBT، CC و MCC به‌ترتیب ۱۰٪، ۳۰٪ و ۱۵٪ است. همچنین، مقایسه نتایج نشان‌دهنده تطابق و دقت مطلوب هر سه روش در تعیین چقرمگی شکست مود I است؛ به‌گونه‌ای که تفاوت مقادیر GIC محاسبه‌شده در بازه ۲۰ تا ۳۰ درصد ارزیابی گردید. این یافته‌ها حاکی از کارایی و قابلیت اطمینان بالای این متدولوژی‌های محاسباتی در ارزیابی خواص شکست کامپوزیت‌های تقویت‌شده با میان‌لایه است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

"Comparative Assessment of Computational Methods for Determining Mode I Fracture Toughness in Non-woven Glass Fiber-Reinforced Laminated Composites Based on ASTM D5528"

نویسندگان English

simin ahmadi
seyed abalfazl mirdehghan
Amir Kabir university of technology, textile engineering department
چکیده English

Delamination is one of the most critical failure mechanisms in multilayer composites, stemming from their low interlaminar fracture toughness. In this study, nonwoven glass fiber interlayers were employed in glass/epoxy composites to enhance Mode I fracture toughness. To this end, composite specimens were fabricated using three types of base fabrics (with areal weights of 200, 400, and 600 g/m²) and two types of interlayers (with areal weights of 150 and 300 g/m²).the double cantilever beam (DCB) test was conducted in accordance with the ASTM D5528 standard, and the critical strain energy release rate was calculated using three analytical approaches: Modified Beam Theory (MBT), Compliance Calibration (CC), and Modified Compliance Calibration (MCC).

Statistical analysis of the results revealed that the coefficients of variation for the data obtained via the MBT, CC, and MCC methods were 10%, 30%, and 15%, respectively. Furthermore, a comparison of the results demonstrated favorable agreement and satisfactory accuracy among all three methods in determining Mode I fracture toughness, with the differences in the calculated GIC values assessed to be within a range of 20 to 30 percent. These findings underscore the high efficiency and reliability of these computational methodologies in evaluating the fracture properties of interlayer-reinforced composites.

کلیدواژه‌ها English

Mode Ⅰ Fracture Toughness
Glass Fiber Nonwoven Interlayer
Double-Coupled Beam (DCB) Test