توزیع تنش در لمینت‌های کامپوزیت سرامیک با دندانه های کند (کند دندانه)
چکیده
در این مقاله ما یک روش شناسی برای مشخص کردن توزیع تنش در طول دندانه های کند در ورق های کامپوزیت‌های بستر سرامیک تقویت شده با الیاف، ارائه می‌کنیم منوط بر اینکه نیروی وارد شده از نوع کششی تک محوری باشد، به همراه تفسیر تاثیرات تنش غیرالاستیک که در اثر ترک خوردگی زمینه بوجود می‌آید. این روش شناسی بر مبنای تغییر شکل خطی مطابق با توزیع الاستیک است. تغییر شکل ها از انطباق قانون نیبر (Neuber) بر تمرکز تنش در مصالح غیر الاستیک حاصل میشوند. مقایسه‌ها از نتایج محاسبه شده بوسیله تحلیل اجزاء محدود با استفاده از شکل دو خطی قانون ساختار Genin-Hutchinson، برای لمینت های کامپوزیت سرامیک، انجام و تاثیرات اندازه و شکل دندانه ها و همچنین مدول مماس پس از ترک خوردگی نیز بررسی شد. تاثیرات اندازه و شکل دندانه‌ها و همچنین مدول مماس پس از ترک خوردگی نیز بررسی شد و مقایسات نشان داد که برای خواص کامپوزیت واقعی، راه حل های تحلیلی برای پیش بینی تمرکز و توزیع تنش فوق العاده درست هستند حتی در موارد با مقیاس بزرگ و مقطع خالص غیر ارتجاعی. همچنین ارزیابی های اولیه نشان دادند که این راه حل ها در پیش بینی میدانها، تحت شرایط تنش های چند محوری نیز بسیار کارآمد هستند.
1.مقدمه
حساسیت به شکاف که با ضریب مقاومت کششی داندانه دار به بدون دندانه مشخص میشود یک مولفه عملکرد کلیدی کامپوزیت‌های بستر سرامیک تقویت شده با الیاف (CMC) است. زمانیکه این ضریب کم است، طراحی اجزا با مشخصات هندسی پیچیده و دارای تمرکز تنش، با استفاده از تحلیل ارتجاعی و ضرایب از کارافتادگی پایین را مقدور می‌سازد. مانند فلزات، تمرکز تنش در کامپوزیت‌های بستر سرامیک تقویت شده با الیاف (CMC)ها، با تغییر‌شکل های غیرالاستیک در سازوکار های مختلف، بطور محسوس کاهش می‌یابد[1،2].
عملکرد سازو کار اصلی لمینت های کامپوزیت بستر سرامیک تقویت شده با الیاف (CMC) دندانه دار و تغییر شکل آنها تحت نیروی اعمال شده در شکل 1 نشان داده شده است. در بار های متوسط، ترک خوردگی بستر باعث تولید کرنش غیر الاستیک میشود. که تاثیر آن باعث توزیع مجدد تنش در نوک دندانه ها و کاهش تمرکز تنش میشود. در بار بحرانی، تغییر شکل در راستای دندانه ها، در یک نوار قابل رویت متمرکز میشود و ترک هایی را در زمینه به دنبال دارد که توسط ترکیبی از الیاف سالم و آسیب دیده به هم متصل شده‌اند. با افزایش بارگذاری، نوارهای مذکور طولشان افزایش می‌یابد و سرانجام ناپایدار میشوند به عبارت دیگر، تحت بار کاهشی بزرگ میشود. پایداری آن مانند واکنش های مکانیکی ذاتی آن توسط ابعاد صفحه تامین میشود، به عنوان مثال در (شکل 1 (c)) توسط قانون کشش پرکنندگی مشخص شده است.
Abstract
We present a methodology for determining stress distributions ahead of blunt notches in plates of fiber-reinforced ceramic–matrix composites subject to uniaxial tensile loading, accounting for the effects of inelastic straining due to matrix cracking. The methodology is based on linear transformations of the corresponding elastic distributions. The transformations are derived from adaptations of Neuber’s law for stress concentrations in inelastic materials. Comparisons are made with results computed by finite element analysis using an idealized (bilinear) form of the Genin–Hutchinson constitutive law for ceramic composite laminates. Effects of notch size and shape as well as the post-cracking tangent modulus are examined. The comparisons show that, for realistic composite properties, the analytical solutions are remarkably accurate in their prediction of stress concentrations and stress distributions, even in cases of large-scale and net-section inelasticity. Preliminary assessments also demonstrate the utility of the solution method in predicting the fields under multiaxial stressing conditions.
1. Introduction
Notch sensitivity, characterized by the ratio of the notched to unnotched tensile strength, is a key performance metric of fiber-reinforced ceramic–matrix composites (CMCs). When low, it enables design of components with complex geometric features and with attendant stress concentrations using elastic analyses and low ‘knock-down’ factors. As in metals, stress concentrations in CMCs are mitigated by inelastic deformation, albeit through markedly different mechanisms [1,2].
The principal mechanisms operative in notched CMC laminates and their evolution with applied load are illustrated in Fig. 1. At moderate loads, matrix cracking produces inelastic strain. Its effect is to redistribute stresses at the notch tip and lower the stress concentration. At a critical load, deformation ahead of the notch becomes localized into a macroscopic band comprising a matrix crack bridged by a combination of broken and intact fibers. With additional loading, the band extends and eventually becomes unstable; that is, it grows under decreasing load. Its stability is dictated by the plate dimensions as well as its intrinsic mechanical response, characterized, for example, by a bridging traction law (Fig. 1(c)).
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1.مقدمه
2. تحلیل اجزاء محدود
2.1. قانون اصلی
2.2. شکل و سوراخ
3. مدل های تحلیلی
3.1. ضرایب تمرکز تنش
3.2. توزیع تنش
4. ارزیابی راه حل های تحلیلی
4.1. مقدمات
4.2. ضرایب تمرکز تنش
4.3. توزیع تنش و ناحیه غیر الاستیک
4.4. تاثیرات مدول مماس پس از ترک خوردگی
4.5 تعمیم به بارگذاری چند محوری
5. نتیجه گیری
سپاسگذاری‌ها
منابع
Abstract
1. Introduction
2. Finite element analysis
2.1. Constitutive law
2.2. Geometry and mesh
3. Analytical models
3.1. Stress concentration factors
3.2. Stress distributions
4. Assessment of analytical solutions
4.1. Preliminaries
4.2. Stress concentration factors
4.3. Stress distribution and inelastic zones
4.4. Effects of post-cracking tangent moduli
4.5. Extension to multiaxial loading
5. Conclusions
Appendix A. Modified Genin–Hutchinson constitutive law for CMC laminates
Acknowledgements
References
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه