جدا شدن دو ورق کامپوزیتی با استفاده از روش VCCT در آباکوس

معرفی پروژه

در این پروژه، شکست بین‌لایه‌ای مود II در یک لایه‌چینی کامپوزیتی چندجهته از جنس شیشه/اپوکسی (Glass/Epoxy) با استفاده از نرم‌افزار Abaqus شبیه‌سازی می‌شود.

برای محاسبه مؤلفه‌های نرخ آزادسازی انرژی کرنشی مرتبط با ترک بین‌لایه‌ای، از تکنیک بسته‌شدن مجازی ترک (Virtual Crack Closure Technique – VCCT) استفاده می‌شود. تمرکز تحلیل بر بررسی رفتار شکست مود II نمونه کامپوزیتی تحت بارگذاری ENF است.

نتایج عددی به‌دست‌آمده از Abaqus با نتایج متناظر گزارش‌شده در مقاله پژوهشی مرجع مقایسه می‌شوند. این مقایسه به ارزیابی مدل عددی و بررسی توانایی آن در بازتولید رفتار شکست بین‌لایه‌ای گزارش‌شده برای لایه‌چینی شیشه/اپوکسی کمک می‌کند.

معرفی مدل

مدل شامل یک نمونه خمش دارای شیار انتهایی (End-Notched Flexure – ENF) است که تحت خمش سه‌نقطه‌ای قرار می‌گیرد. نمونه کامپوزیتی از دو بخش متصل به یکدیگر تشکیل شده است که هر بخش شامل ۲۰ لایه کامپوزیتی است. ضخامت هر لایه ۰٫۱۵ میلی‌متر در نظر گرفته شده است. همچنین، یک جدایش اولیه به طول ۲۵ میلی‌متر بین دو بخش کامپوزیت ایجاد شده است تا ترک اولیه شبیه‌سازی شود.

ماده کامپوزیتی مورد استفاده، لایه‌چینی شیشه/اپوکسی با بافت پارچه‌ای (Woven Fabric Glass/Epoxy) و آرایش لایه‌های چندجهته است. طول کل نمونه ۱۶۰ میلی‌متر و عرض آن ۲۰ میلی‌متر است.

روش VCCT

برای ارزیابی رفتار شکست بین‌لایه‌ای کامپوزیت شیشه/اپوکسی تحت بارگذاری مود II، از تکنیک بسته‌شدن مجازی ترک (VCCT) استفاده می‌شود.

در تحلیل خمش دارای شیار انتهایی (ENF)، نرخ آزادسازی انرژی کرنشی در نوک ترک با استفاده از روش VCCT محاسبه می‌شود. این روش امکان به‌دست‌آوردن مؤلفه‌های نرخ آزادسازی انرژی مربوط به شکست مود I، مود II و مود III را فراهم می‌کند.

در پیکربندی ENF بررسی‌شده در این مطالعه، مؤلفه مود II غالب است. مطابق مطالعه مرجع، سهم مود II در پیکربندی‌های بررسی‌شده بیش از ۹۷ درصد از کل نرخ آزادسازی انرژی کرنشی است. این موضوع نشان می‌دهد که بارگذاری شکست در این نمونه‌ها عمدتاً از نوع مود II است.

مقدار محاسبه‌شده نرخ آزادسازی انرژی کرنشی مود II، یعنی G_II، برای ارزیابی رفتار شکست بین‌لایه‌ای لایه‌چینی شیشه/اپوکسی و مقایسه نتایج عددی با نتایج متناظر گزارش‌شده در مقاله پژوهشی مرجع استفاده می‌شود.

نتایج حاصل از روش VCCT مبنای مهمی برای ارزیابی رفتار ترک بین‌لایه‌ای و بررسی پاسخ شکست نمونه کامپوزیتی در طول آزمون ENF فراهم می‌کنند.

ارزیابی و مقایسه مدل Abaqus

در این پروژه، نتایج مدل عددی با نتایج ارائه‌شده در مقاله مرجع مقایسه شده‌اند. نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی Abaqus با نتایج متناظر گزارش‌شده در مقاله مورد بررسی قرار می‌گیرند.

این مقایسه نشان می‌دهد که نتایج مدل Abaqus با نتایج مطالعه مرجع تطابق مناسبی دارند.

بارگذاری مود II

برای ایجاد بارگذاری بین‌لایه‌ای عمدتاً از نوع مود II در نمونه کامپوزیتی شیشه/اپوکسی، از پیکربندی خمش دارای شیار انتهایی (ENF) استفاده می‌شود.

در آزمون خمش سه‌نقطه‌ای، دو بازوی نمونه در نزدیکی نوک ناحیه جدایش، نسبت به یکدیگر لغزش نسبی دارند. این حرکت، شرایط بارگذاری برشی بین‌لایه‌ای را در نوک ترک ایجاد می‌کند و موجب گسترش جدایش بین‌لایه‌ای مود II می‌شود.

پاسخ نوک ترک با استفاده از تکنیک بسته‌شدن مجازی ترک (VCCT) ارزیابی می‌شود. مؤلفه‌های حاصل از نرخ آزادسازی انرژی کرنشی برای تعیین سهم هر یک از مودهای شکست مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نتایج تحلیل عددی نشان می‌دهند که نرخ آزادسازی انرژی کرنشی مود II (G_II)، مؤلفه غالب در نرخ کل آزادسازی انرژی کرنشی است. این نتیجه تأیید می‌کند که پیکربندی ENF برای لایه‌چینی شیشه/اپوکسی بررسی‌شده، عمدتاً شرایط شکست مود II را فراهم می‌کند.

آنچه در این آموزش یاد می‌گیرید

• نحوه مدل‌سازی یک صفحه کامپوزیتی چندجهته شیشه/اپوکسی در Abaqus.
• نحوه تعریف چندین لایه کامپوزیتی.
• نحوه مدل‌سازی جدایش بین لایه‌های کامپوزیت.
• نحوه استفاده از تکنیک بسته‌شدن مجازی ترک (VCCT).
• نحوه انجام تحلیل خمش سه‌نقطه‌ای.
• نحوه بررسی رفتار شکست بین‌لایه‌ای مود II.
• نحوه مقایسه نتایج Abaqus با نتایج یک مقاله پژوهشی.
• نحوه ارزیابی مدل جدایش بین‌لایه‌ای کامپوزیت در Abaqus.

ویژگی‌های کلیدی پروژه

• کامپوزیت چندجهته شیشه/اپوکسی.
• ۲۰ لایه در هر بخش از صفحه کامپوزیتی.
• تحلیل خمش سه‌نقطه‌ای.
• تعریف ترک جدایش اولیه.
• استفاده از روش VCCT.
• بررسی شکست بین‌لایه‌ای مود II.
• مقایسه نتایج با مقاله پژوهشی مرجع.
• فایل CAE نرم‌افزار Abaqus.
• فایل INP نرم‌افزار Abaqus.
• فایل Excel شامل نتایج تحلیل.
• مقاله پژوهشی مرجع.
• ویدئوی آموزشی گام‌به‌گام.

مقاله مرجع

این پروژه بر اساس مطالعه تجربی ارائه‌شده در مقاله پژوهشی مرجع تهیه شده است. مقاله به همراه فایل‌های پروژه ارائه می‌شود و می‌توان از آن برای بررسی نحوه انجام آزمایش، روش اعمال بارگذاری و نتایج گزارش‌شده استفاده کرد.