مدلبندی پریدینامیکی تکامل آسیب های ترموکسیداتیو در لامینای کامپوزیت
اکسیداسیون سطح، دوام کامپوزیت‌های پلیمر ماتریکسی را که در دماهای بالا فعالیت می‌کنند به دلیل حضور اتصال قوی بین اکسیداسیون حرارتی و تکامل ساختاری آسیب کاهش می‌دهد. مکانیسم اکسیداسیون در کامپوزیت‌های پلیمر ماتریسکی منجر به انقباض و رشد آسیب می‌شود. رفتار ترموکسیداتیو (حرارتی-اکسیداتیو) کامپوزیت‌ها، تغییراتی را در رفتار انتشار و واکنش مکانیکی مواد ایجاد می‌کند. این مطالعه، مشتقی (اقتباسی) از فرمولبندی پریدینامیک را برای رفتار ترموکسیداتیو کامپوزیت‌های پلیمر ماتریسکی ارائه می‌دهد. کهنگی ایزوترمال ورقه‌ی (لامینای) کامپوزیت یک طرفه با استفاده پریدینامیک ارائه می‌شود. اکسیداسیون به رشد آسیب و انتشار آن کمک می‌کند.
1. پیشگفتار
محیط ترموکسیداتیو منجر به رشد لایه‌ی ترموکسیداتیو و تغییراتی در ویژگی‌های مواد می‌شود. تخریب عمدتا روی لایه‌ی سطحی اتفاق می‌افتد و منجر به کاهش وزن و انقباض لایه‌ی اکسید شده می‌شود. بنابراین، پیش‌بینی دوام طولانی مدت نیاز به ملاحظه‌ی هر دوی تغییرات اکسیداتیو و تکامل آسیب دارد.
مطالعات قبلی در مورد بررسی مدل‌های ترکیبی حرارتی-شیمیایی-مکانیکی، مانند زهدی [1]، وانگ [2]، گیگلیوتی [4-3]، اسکی [5]، و لینگ و پوچیراجو [6]، از روش عنصر متناهی (FEM) برای حل معادلات میدان در رابطه با یک متغییر آسیب برای نظارت بر تضعیف سختی مواد استفاده کردند. زهدی [1]، یک مدل FE را برای بررسی ترکیب (اتصال) فرایندهای حرارتی-شیمیایی-مکانیکی در جامدات چندفازی توسعه داد. این مدل، برای پیش‌بینی از دست دادن یکپارچگی ساختاری جامدات ناهمگن در معرض حملات زیست محیطی، از قبیل انتشار، واکنش، تولید گرما، تغییرات در میدان تنش، به قدر کافی عمومی (کلی) است. وانگ [2]، مدل میکرومکانیکی FE را برای توسعه‌ی معادلات سازنده‌ی کامپوزیت‌های پلیمر ماتریسکی با دمای بالا با واکنش اکسیداسیون، آسیب و تخریب در نظر گرفت. بر اساس نظریه‌ی ترمودینامیکی برگشت‌ناپذیر ، این مدل، غلظت اکسیژن، از دست دادن حجم، و تنش‌های ناشی از اکسیداسیون را پیش‌بینی می‌کند.
Surface oxidation degrades the durability of polymer marix composites operating at high temperatures due to the presence of strong coupling between the thermal oxidation and structural damage evolution. The mechanism of oxidation in polymer matrix composites leads to shrinkage and damage growth. The thermo-oxidative behavior of composites introduces changes in diffusion behavior and mechanical response of the material. This study presents the derivation of peridynamic formulation for the thermo-oxidative behavior of the polymer matrix composites. As a demonstration purposes, isothermal aging of a unidirectional composite lamina is presented by using peridynamics. Oxidation contributed to the damage growth and its propagation.
I. Introduction
The thermo-oxidative environment results in growth of the thermo-oxidative layer and changes in material properties. The degradation mainly occurs on the surface layer, and it leads to weight loss and shrinkage of the oxidized layer. Therefore, prediction of long-term durability requires the consideration of both the oxidative changes and damage evolution.
The previous studies on the investigation of coupled thermo-chemo-mechanical models such as those of Zohdi [1], Wang [2], Gigliotti [3-4], Oskay [5] and Liang and Pochiraju [6] utilized finite element method (FEM) for the solution of the field equations in conjunction with a damage variable for monitoring material stiffness degradation. Zohdi [1] developed a FE model to address the coupling of thermo-chemo-mechanical processes in multiphase solids. The model is general enough to predict the loss of structural integrity of heterogeneous solids exposed to environmental attacks: diffusion, reactions, production of heat, changes in the stress field. Wang [2] considered a micromechanics FE model to develop high-temperature constitutive equations of polymer matrix composites with oxidation reaction, damage and degradation. Based on the irreversible thermodynamic theory, the model predicts oxygen concentration, mass loss and oxidation induced stresses.
1. پیشگفتار
2. پیش‌بینی تغییر شکل و آسیب در یک لامینا
3. پیش‌بینی ترمو-اکسیداسیون در یک لامینا
4. نتایج عددی
اکسیداسیون در لامینای G30/PMR-15 با یک ترک‌خوردگی
5. ملاحظات
I. Introduction
II. Deformation and damage prediction in a lamina
III. Therno-oxidation prediction in a lamina
IV. Numerical results
Oxidation in G30/PMR-15 lamina with a crack
V. Remarks
- 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