د پرمختللي کاربن فایبر تقویه شوي مرکب لامینټ شیټ د پرتونو پراخولو چلند مطالعه

میخانیک او انجینري - عددي محاسبه او د معلوماتو تحلیل
میخانیک او انجینرۍ — عددي محاسبې او د معلوماتو تحلیل ۲۰۱۹ اکاډمیک کنفرانس، د اپریل ۱۹-۲۱، ۲۰۱۹، بیجینګ
د اپریل ۱۹-۲۱، ۲۰۱۹، بیجینګ، چین

د پرمختللي کاربن فایبر تقویه شوي مرکب لامینټ شیټ د پرتونو پراخولو چلند مطالعه

ګونګ یو^۱*، وانګ یانا^۲، پینګ لی^۳، ژاو لیبین^۴، جانګ جيان يو^۱

^۱د چونګ چینګ پوهنتون، چونګ چینګ، ۴۰۰۰۴۴، چین
^۲د چین د هوايي چلند څېړنیز انسټیټیوټ د بیجینګ د هوايي چلند موادو څېړنیز انسټیټیوټ، بیجینګ، ۱۰۰۰۹۵، چین
^۳د چین سوداګریزې الوتکې د بیجینګ ملکي الوتکو د ټیکنالوژۍ څیړنیز مرکز، بیجینګ، ۱۰۲۲۱۱، چین
^۴د بېجینګ د هوانوردۍ او ستورپوهنې پوهنتون، بېجینګ، ۱۰۰۱۹۱، چین

انتزاعيد لامینټ جوړښت د مرکباتو لپاره یو له خورا عامو کارول شویو مرکبو ترتیبونو څخه دی، مګر د کمزورو انټرلامینر ملکیتونو له امله ډیلامینیشن د هغې اصلي ناکامي حالت کیږي. د څو پرتونو لامینټ طبقه بندي او پراخولو چلند په اړه څیړنه چې معمولا د انجینرۍ په تمرین کې کارول کیږي تل د پوهانو لپاره یوه ګرمه موضوع وه. پدې مقاله کې، د چونګ چینګ پوهنتون او د بیجینګ د هوایی چلند او ستورپوهنې پوهنتون د ستړیا فریکچر لابراتوار کې د کاربن فایبر تقویه شوي مرکب ډیلامینیشن څیړنې پایلې د تجربوي څیړنې او عددي سمولیشن له دوو اړخونو څخه معرفي شوي. په پای کې، د ساحې د پراختیا لار تمه کیږي.

کلیدي کلمې:د کاربن فایبر تقویه شوی مرکب، لامینټ، ډیلامینیشن، د ستړیا طبقه بندي

معرفي

مرکب مواد غوره ځانګړتیاوې لري لکه لوړ ځانګړي ځواک او لوړ ځانګړي سختوالی، او په پراخه کچه په فضا، انرژي ټیکنالوژۍ، او ملکي ترانسپورت او ساختماني برخو کې کارول شوي دي. د مرکب موادو د پروسس او کارولو په جریان کې، فایبرونه او میټریکس به د بار لاندې د زیان مختلف درجې سره مخ شي. د مرکب لامینټونو لپاره عام ناکامي طریقې د پرتونو دننه د پرتونو زیان او زیان شامل دي. د ضخامت په لور د تقویت نشتوالي له امله، د لامینټ اړخ میخانیکي ملکیتونه ضعیف دي، او د خارجي اغیزو بارونو لاندې د ډیلامینیشن زیان ډیر احتمال لري. د طبقه بندي شوي زیان پیښیدل او پراخیدل به د ساختماني سختۍ او ځواک کمښت لامل شي، او حتی د ناورین پیښو لامل شي.^[1-3]له همدې امله، د مرکب موادو د جوړښتي ډیزاین او ځواک تحلیل له امله د ډیلامینیشن ستونزه ورځ تر بلې اندیښمنه کیږي، او دا اړینه ده چې د مرکب موادو د پرتونو پراخیدو چلند مطالعه شي.^[۴].

د لامینټ د پرتونو د پراخیدو چلند په اړه څیړنه
۱. تجربوي مطالعه

د انټرلامینار فریکچر سختوالی د مرکب طبقو ترمنځ د میخانیکي ملکیتونو یو ځانګړتیا پیرامیټر دی. د ډول I، ډول II او I/II هایبرډ یو اړخیز لامینټونو د انټرلامینار فریکچر سختوالي د ټاکلو لپاره د اړونده ازموینې معیارونه رامینځته شوي. اړونده ازموینې وسیله په شکل 1 کې ښودل شوې. په هرصورت، د مرکب موادو څو اړخیز لامینټونه ډیری وختونه په اصلي انجینري جوړښت کې کارول کیږي. له همدې امله، د څو اړخیز لامینټونو د طبقه بندي او پراختیا چلند په اړه تجربوي مطالعه ډیر مهم نظري اهمیت او انجینري ارزښت لري. د څو اړخیز لامینټ پرت پیل او پراختیا د خپل سري پرت کولو زاویو سره د انٹرفیسونو ترمنځ واقع کیږي، او د پرت شوي توسیع چلند د یو اړخیز لامینټونو څخه د پام وړ توپیر لري، او د پراختیا میکانیزم ډیر پیچلی دی. څیړونکي د څو اړخیز لامینټونو په اړه نسبتا لږ تجربوي مطالعات لري، او د انټرلامینار فریکچر سختوالي ټاکل لا تر اوسه نړیوال معیار نه دی رامینځته کړی. د څیړنې ټیم د T700 او T800 کاربن فایبر څخه کار واخیست ترڅو د مختلف انٹرفیس ترتیب زاویو سره د مرکب لامینټونو مختلف ډولونه ډیزاین کړي، او د جامد او ستړیا ډیلامینیشن چلند باندې د انٹرفیس ترتیب زاویې او فایبر پل اغیز مطالعه کړي. دا وموندل شوه چې د پرت د شاته څنډې لخوا رامینځته شوی فایبر پل د انټرلامینر فریکچر سختوالي باندې لوی تاثیر لري. لکه څنګه چې سټراټیفکیشن پراخیږي، د انټرلامینر فریکچر سختوالي به په تدریجي ډول د ټیټ لومړني ارزښت څخه لوړ شي، او کله چې سټراټیفکیشن یو ټاکلي اوږدوالي ته ورسیږي، دا یو مستحکم ارزښت ته رسیږي، دا د R مقاومت منحني پدیده ده. د انټرلاینر لومړني فریکچر سختوالي تقریبا مساوي او تقریبا د رال د فریکچر سختوالي سره مساوي ده، کوم چې پخپله د میټریکس د فریکچر سختوالي پورې اړه لري.^{[۵، ۶]}. په هرصورت، د مختلفو انٹرفیسونو د انټرلامینر فریکچر سختۍ توسیع ارزښتونه خورا توپیر لري. د انٹرفیس پرت زاویه پورې د پام وړ تړاو وړاندې کیږي. د دې تړاو په ځواب کې، ژاو او نور.^[5]د طبقه بند مقاومت سرچینې د فزیکي میکانیزم پراساس، دا په پام کې نیول کیږي چې د انټرلامینر فریکچر سختوالي ثبات ارزښت له دوو برخو څخه جوړ دی، یوه برخه د غیر اړونده پرت انٹرفیس د فریکچر کار دی، او بله برخه د انټرلایر زیان او فایبر دی. د فریکچر کار چې د پل کولو له امله رامینځته کیږي. د پرت لرونکي مخ د فشار مخکینۍ ساحې د محدود عنصر تحلیل له لارې، دا وموندل شوه چې د فریکچر کار دوهمه برخه د ډیلامینیشن فرنټ زیان زون ژوروالي پورې اړه لري (لکه څنګه چې په شکل 3 کې ښودل شوي)، او د زیان زون ژوروالی د انٹرفیس ترتیب زاویې سره متناسب دی. د I-ډول فریکچر سختوالي ثبات ارزښت یو تیوریکي ماډل وړاندې کیږي چې د انٹرفیس پرت زاویه د سینوسایډل فعالیت لخوا څرګند شوی.
ګونګ او نور.^[7]د I/II هایبرډ سټریټیفیکیشن ازموینه د مختلفو مخلوط تناسبونو لاندې ترسره کړه، او وموندله چې په لامینټ کې د I/II هایبرډ سټریټیفیکیشن هم د پام وړ R مقاومت منحني ځانګړتیاوې لري. د مختلفو ازموینې ټوټو ترمنځ د فریکچر سختوالي تحلیل له لارې، دا وموندل شوه چې د ازموینې ټوټې د انټرلامینر فریکچر سختوالي لومړنی ارزښت او مستحکم ارزښت د مخلوط تناسب زیاتوالي سره د پام وړ زیاتیږي. سربیره پردې، د مختلف مخلوط تناسبونو لاندې د انټرلایر لومړني او مستحکم فریکچر سختوالي د BK معیار لخوا تشریح کیدی شي.
د ستړیا طبقه بندي په شرایطو کې، د ازموینې په جریان کې د پام وړ فایبر پلینګ هم لیدل شوی. د ازموینې معلوماتو تحلیل له لارې، دا وموندل شوه چې د مرکب موادو د ستړیا ډیلامینیشن پراخوالی د "مقاومت منحني" لخوا اغیزمن کیږي، نو د دودیز ستړیا طبقه بندي د پراختیا نرخ ماډل او د حد ارزښت نور د تطبیق وړ ندي. د تیوریکي تحلیل پر بنسټ، ژانګ او پینګ^[۴،۸،۹]د مرکب موادو د ستړیا د ډیلامینیشن پراخولو لپاره اړین انرژي څرګندولو لپاره د ستړیا ډیلامینیشن پراخولو مقاومت معرفي کړ، او نور یې د نورمال شوي فشار انرژي وړاندیز کړه. د خوشې کولو کچه د کنټرول پیرامیټرونو د ستړیا طبقه بندي شوي پراختیا نرخ ماډل او د حد ارزښت دی. د ماډل تطبیق او د نورمال شوي حد پیرامیټر د تجربو لخوا تایید شوی. برسېره پردې، ژاو او نور.^[3]د فایبر پل جوړونې، د فشار تناسب او د بار مخلوط کولو تناسب اغیزې د ستړیا طبقه بندي او پراخولو چلند باندې په جامع ډول په پام کې ونیول شوې، او د فشار تناسب اغیزې په پام کې نیولو سره د نورمال شوي ستړیا طبقه بندي شوي پراختیا نرخ ماډل رامینځته کړ. د ماډل دقت د مختلف فشار تناسب او مخلوط تناسب سره د ستړیا طبقه بندي ازموینو لخوا تایید شو. د نورمال شوي ستړیا طبقه بندي شوي پراختیا نرخ ماډل کې د ستړیا طبقه بندي شوي پراختیا مقاومت فزیکي مقدار لپاره، ګونګ او نور.^[1]د محاسبې میتود کمزورتیا له منځه یوسي چې یوازې د تجربو له لارې محدود جلا معلوماتي ټکي ترلاسه کولی شي، او د انرژۍ له نظره ستړیا رامینځته کړي. د طبقه بندي شوي پراخ مقاومت محاسبه کولو لپاره یو تحلیلي ماډل. ماډل کولی شي د ستړیا طبقه بندي او پراخوالي مقاومت کمیتي ټاکل درک کړي، او د وړاندیز شوي نورمال شوي ستړیا طبقه بندي شوي پراخوالي نرخ ماډل پلي کولو لپاره نظري ملاتړ چمتو کړي.

شکل ۱ د طبقه بند ازموینې وسیلې ډیاګرام

شکل 2 د طبقې ترمنځ د ماتیدو سختوالی R مقاومت منحنی^[5]


شکل ۳ د مخکینۍ څنډې د زیان طبقه بندي زون او طبقه بندي شوی پراخ شوی مورفولوژي^[5]

۲. د عددي سمیولیشن مطالعه

د پرتونو د پراخوالي عددي سمولیشن د مرکب جوړښت ډیزاین په برخه کې د څیړنې یوه مهمه محتوا ده. کله چې د مرکب یو اړخیز لامینټونو د ډیلامینیشن ناکامۍ وړاندوینه کوئ، د موجوده طبقه بندي پراختیا معیارونه معمولا د بنسټیز فعالیت پیرامیټر په توګه د دوامداره انټرلامینر فریکچر سختۍ کاروي.^[10]، د درز ټیپ انرژي خوشې کولو کچه او د انټرلامینر فریکچر سختۍ پرتله کولو سره. اندازه د دې لپاره چې معلومه شي چې پرت پراخیږي. د څو اړخیزو لامینټونو د ناکامۍ میکانیزم پیچلی دی^[۱۱،۱۲]، کوم چې د پام وړ R مقاومت منحني لخوا مشخص شوی^[۵،۱۳]. د موجوده پرتونو د پراختیا معیارونه دا ځانګړتیا په پام کې نه نیسي او د فایبر لرونکي پل شوي څو اړخیزه لامینټونو د ډیلامینیشن چلند سمولیشن باندې نه پلي کیږي. ګونګ او نور.^{[۱۰، ۱۳]}د موجوده طبقه بندۍ معیارونه یې ښه کړل او وړاندیز یې وکړ چې د R مقاومت منحنی معیارونو ته معرفي کړي، او د دې پر بنسټ، د فایبر پل د اغیزو په پام کې نیولو سره د طبقه بندۍ معیار رامینځته کړ. د دوه خطي جوړښتي همغږي واحد تعریف او کارولو پیرامیټرونه په سیستماتیک ډول د عددي میتودونو لخوا مطالعه شوي، پشمول د لومړني انٹرفیس سختۍ، انٹرفیس ځواک، د واسکوسیټي کوفیشینټ او د همغږۍ ځواک زون کې د عناصرو لږترلږه شمیر. د اړونده همغږۍ واحد پیرامیټر ماډل رامینځته شو. په پای کې، د ښه شوي پرت لرونکي پراختیا معیار او همغږۍ واحد پیرامیټر ماډل اغیزمنتوب او تطبیق د جامد سټراټیفیکیشن ازموینې لخوا تایید کیږي. په هرصورت، ښه شوي معیارونه یوازې د موقعیتي انحصارونو له امله د یو اړخیز پرت لرونکي سمولیشنونو لپاره کارول کیدی شي او نه د دوه یا درې اړخیزه درجه بندۍ توسیعونو لپاره. د دې ستونزې د حل لپاره، لیکوال د فایبر پل د په پام کې نیولو سره د درې خطي همغږۍ ځواک جوړښت وړاندیز وکړ.^[14]. د جوړښت اړیکه د مایکروسکوپي لید څخه د پرتونو پراختیا پیچلې پروسې سره سمون لري، او د ساده پیرامیټرو او روښانه فزیکي معنی ګټې لري.
برسېره پردې، د څو اړخیزو لامینټونو د طبقه بندي پروسې کې د طبقه بندي شوي مهاجرت پدیده په سمه توګه تقلید کولو لپاره^[۱۱،۱۲]، ژاو او نور.^[۱۱،۱۲]د پراخ شوي محدود عنصر پر بنسټ د کریک لارې لارښود ماډل وړاندیز شوی، چې یو ځانګړی ډیزاین تقلید کوي. په یوه جامع طبقه بندي ازموینه کې د هیرارکیکل مهاجرت. په ورته وخت کې، د 90°/90° پرت لرونکي انٹرفیس په اوږدو کې د زیګزګ پرت لرونکي توسیع چلند لپاره د پرت لرونکي توسیع ماډل وړاندیز شوی، کوم چې د 90°/90° انٹرفیس د پرت لرونکي توسیع چلند په سمه توګه تقلید کوي.

شکل ۴ د پرتونو مهاجرت عددي سمولیشن او تجربوي پایلې^[15]

پایله

دا مقاله د مرکب لامینټ ډیلامینیشن په برخه کې د دې ډلې د څیړنې پایلو باندې تمرکز کوي. تجربوي اړخونه په عمده توګه د انٹرفیس ترتیب زاویه او د فایبر پل اغیزه د جامد او ستړیا ډیلامینیشن پراختیا چلند باندې شامل دي. د ډیری تجربوي مطالعاتو له لارې، دا وموندل شوه چې د مرکب موادو څو اړخیزه لامینټ ناکامي میکانیزم پیچلی دی. د فایبر پل جوړول د څو اړخیزه لامینټونو یو عام سخت میکانیزم دی، کوم چې د انټرلامینر فریکچر سختوالي د R-مقاومت منحني اصلي دلیل دی. اوس مهال، د II سټراټیفکیشن لاندې د R مقاومت منحني مطالعه نسبتا کمه ده او نورو څیړنو ته اړتیا لري. د ناکامۍ میکانیزم څخه پیل کول، د ستړیا سټراټیفیکشن ماډل د مختلفو اغیزمنو فکتورونو په شمول وړاندیز شوی، کوم چې د ستړیا سټراټیفیکشن څیړنې لارښوونه ده. د عددي سمولیشن په شرایطو کې، د څیړنې ډلې د سټراټیفایډ توسیع چلند باندې د فایبر پل اغیز په پام کې نیولو لپاره د ښه شوي درجه بندي پراختیا معیار او یو همغږي جوړښتي ماډل وړاندیز وکړ. سربیره پردې، پراخ شوی محدود عنصر د درجه بندي مهاجرت پدیده ښه سمولو لپاره کارول کیږي. دا طریقه د حجرو د ښه ویش اړتیا له منځه وړي، د میش بیا ویش سره تړلې ستونزې له منځه وړي. دا د خپل سري شکلونو د طبقه بندي کولو په برخه کې ځانګړي ګټې لري، او په راتلونکي کې د دې طریقې د انجینرۍ غوښتنلیک ډیرې څیړنې ته اړتیا ده.^[16].

ماخذونه

[1] Y Gong، L Zhao، J Zhang، N Hu. د انرژۍ له نظره په مرکب لامینټونو کې د ستړیا د کمولو مقاومت ټاکلو لپاره یو نوی ماډل. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] ایل ژاو، وای وانګ، جي ژانګ، وای ګونګ، این هو، این لی. د موډ I بارولو لاندې په لامینټ شوي مرکباتو کې د زیګزګ ډیلامینیشن ودې سمولو لپاره د XFEM پر بنسټ ماډل. کمپوز جوړښت 2017؛ 160: 1155-62.
[3] ایل ژاو، وای ګونګ، جي ژانګ، وای وانګ، زی لو، ایل پینګ، این هو. په CFRP څو اړخیزه لامینټونو کې د ستړیا ډیلامینیشن ودې چلند یوه نوې تفسیر. کمپوس ساینس ټیکنالوژي 2016؛ 133: 79-88.
[4] ایل پینګ، جي ژانګ، ایل ژاو، آر باو، ایچ یانګ، بي فی. د ستړیا بارولو لاندې د څو اړخیز مرکب لامینټونو د ډیلامینیشن وده موډ I. جي کمپوس میټر 2011؛ ​​45: 1077-90.
[5] ایل ژاو، وای وانګ، جي ژانګ، وای ګونګ، زی لو، این هو، جي ژو. د موډ I بارولو لاندې په څو اړخیزه CFRP لامینټونو کې د پلیټو فریکچر سختۍ یو انٹرفیس پورې تړلی ماډل. مرکبات برخه B: انجینري 2017؛ 131: 196-208.
[6] ایل ژاو، وای ګونګ، جي ژانګ، وای چن، بي فی. د همغږۍ عناصرو په کارولو سره د موډ I او مخلوط موډ I/II بار کولو لاندې په څو اړخیزه لامینټونو کې د ډیلامینیشن ودې سمولیشن. کمپوس جوړښت 2014؛ 116: 509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. د کاربن/ایپوکسی لامینټونو کې د مخلوط حالت I/II ډیلامینیشن R-curve چلند د یو اړخیز او څو اړخیز انٹرفیسونو سره. کمپوس جوړښت 2019. (د بیاکتنې لاندې).
[8] ایل پینګ، جي ژو، جي ژانګ، ایل ژاو. د ستړیا بارولو لاندې د څو اړخیز مرکب لامینټونو مخلوط حالت ډیلامینیشن وده. انج فریکټ میک 2012؛ 96: 676-86.
[9] جي ژانګ، ايل پينګ، ايل ژاو، بي في. د مخلوط حالت بارولو لاندې د مرکب لامينيټونو د ستړيا د له منځه وړلو د ودې کچه او حدونه. انټ جي فټيګ ۲۰۱۲؛ ۴۰: ۷-۱۵.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. د CFRP څو اړخیزه لامینټونو کې د مخلوط حالت I/II ډیلامینیشن لپاره د فایبر پلونو اغیز په شمول د ډیلامینیشن د تکثیر معیار. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Y Gong، B Zhang، SR Hallett. د څو اړخیزه مرکب لامینټونو کې د ډیلامینیشن مهاجرت د لومړي حالت نیمه جامد او ستړیا بارولو لاندې. Compos Struct 2018؛ 189: 160-76.
[12] Y Gong، B Zhang، S Mukhopadhyay، SR Hallett. د موډ II جامد او ستړیا بارولو لاندې په څو اړخیزه لامینټونو کې د ډیلامینیشن مهاجرت په اړه تجربوي مطالعه، د موډ I سره پرتله کولو سره. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. د مرکب څو اړخیزه لامینټونو کې د لوی پیمانه فایبر پل کولو اغیزې سره د ډیلامینیشن تبلیغ لپاره د بریښنا قانون یو ښه شوی معیار. Compos Struct 2018; 184: 961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. د فایبر پلونو اغیزې سره د DCB لامینټونو کې د ډیلامینیشن ودې لپاره یو نوی درې خطي همغږي زون ماډل. د کمپوز جوړښت 2019. (د سپارلو لپاره)
[15] ایل ژاو، جي ژي، جي ژانګ، زی لیو، این هو. په مرکب لامینټونو کې د ډیلامینیشن XFEM سمولیشن. مرکبات برخه A: تطبیقي ساینس او ​​تولید 2016؛ 80: 61-71.
[16] ژاو لیبین، ګونګ یو، ژانګ جیان یو. د فایبر تقویه شوي مرکب لامینټونو د طبقه بندي شوي پراختیا چلند په اړه د څیړنې پرمختګ. د ایروناټیکل علومو ژورنال 2019: 1-28.

سرچینه:ګونګ یو، وانګ یانا، پینګ لی، ژاو لیبین، ژانګ جیان یو. د پرمختللي کاربن فایبر تقویه شوي مرکب لامینټونو د طبقه بندي شوي پراختیا چلند په اړه مطالعه [C]. میخانیک او انجینرۍ - د عددي محاسبې او معلوماتو تحلیل 2019 اکاډمیک کنفرانس. د چین د میخانیک ټولنه، د بیجینګ میخانیک ټولنه، 2019. له لارې اکسوشو