Loading...

A Progressive Multiscale Model to Predict the Fatigue life of Laminated Composite Reinforced with Nanoparticles

Toozandehjani, Hossein | 2017

1628 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 50263 (45)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Aerospace Engineering
  6. Advisor(s): Hoseini Kordkhili, Ali
  7. Abstract:
  8. The increasing growth of composite materials in various industries and the use of these materials in the production of the main structures, recognized study and simulation of accurate behavior of these materials at different scales. On the other hand, the appearance of Nano-scale materials with amazing physical and mechanical properties and the use of these nanoparticles as reinforcement in the structure of polymer composites, further highlights the importance of simulating the behavior of polymer nanoparticles at different scales. One of the issues that is considered in various industries, especially in the airspace industry, is the phenomenon of fatigue. The complexity of the fatigue phenomena on the one hand and the multi-scale of polymer Nano-composites on the other hand require further study to provide a comprehensive multi-scale model for predicting the fatigue life of these materials. In this thesis, a multi-scale progressive micro-mechanical fatigue model is presented. The model employs fundamental equation of the kinetic theory of fracture to calculate damage parameters of both fiber and matrix during cyclic loading. In order to adapt the equation, required material coefficients of the constituents can be achieved from fatigue test results of longitudinal and transverse unidirectional Nano-composites, only. Sharing stress capacities of fiber and matrix are determined using a modified progressive micro-mechanical equivalent inclusion method in the presence of damage. The damage parameters in the constituents are calculated employing two different equivalent scalars. The enhanced formulation is then implemented into the commercial finite element software of ABAQUS via a developed user material (UMAT) subroutine utilizing a suitable failure criteria and an own solution algorithm. Advantages of the proposed model are assessed and comparisons with available solutions are presented
  9. Keywords:
  10. Fatigue ; Representative Volume Element ; Nanocomposite ; Carbon Nanotubes ; Progressive Failure Analysis ; Multiscale Method ; Fatigue Life

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست شکل‌ها
  • 1- فصل اول: مقدمه
    • 1-1- مقدمه
    • 1-2- اهداف رساله
    • 1-3- روند تحلیل
    • 1-4- مطالب ارائه شده در این رساله
  • 2- فصل دوم: مرور موضوعی بر ادبیات
    • 2-1- مقدمه
    • 2-2- مروری بر کارهای پیشین در زمینه خستگی در کامپوزیتها و نانو کامپوزیتها
      • 2-2-1- اثر نانو ذرات در بهبود خواص خستگی
      • 2-2-2- خستگی در مواد کامپوزیتی
        • 2-2-2-1- تعریف خستگی
        • 2-2-2-2- مدل‌های ماکرومکانیکی خستگی
        • 2-2-2-3- مدل‌های عمر خستگی
        • 2-2-2-4- مدل‌های سفتی باقیمانده
        • 2-2-2-5- مدل‌های مقاومت باقی مانده
        • 2-2-2-6- مدل‌هایی براساس مکانیزیم واقعی آسیب
        • 2-2-2-7- مدل‌های میکرومکانیکی خستگی
    • 2-3- مدل‌های میکرومکانیکی جهت پیش‌بینی خواص
      • 2-3-1- همگن سازی
      • 2-3-2- مدل‌های نیمه‌تحلیلی میکرومکانیک
      • 2-3-3- مدل‌های عددی میکرومکانیک
        • 2-3-3-1- المان حجمی نمونه
        • 2-3-3-2- شرایط مرزی المان حجمی تکرار شونده
        • 2-3-3-3- شرایط مرزی یکنواخت
        • 2-3-3-4- شرایط مرزی تناوبی
  • 3- فصل سوم: آزمایشات تجربی
    • 3-1- مقدمه
    • 3-2- مواد مورد استفاده
    • 3-3- ابعاد هندسی نمونه‌ها
    • 3-4- ساخت نمونه‌ها
      • 3-4-1- روش ساخت نمونه‌های اپوکسی
      • 3-4-2- روش ساخت نمونه‌های نانوکربن- اپوکسی
        • 3-4-2-1- عاملدار کردن
      • 3-4-3- مراحل ساخت نمونه‌های نهایی
    • 3-5- تست و مشخصه‌سازی
      • 3-5-1- تست کشش
        • 3-5-1-1- نتایج تست
      • 3-5-2- تست‌های بارگذاری-باربرداری
      • 3-5-3- تست‌های خستگی
    • 3-6- نتیجه‌گیری
  • 4- فصل چهارم: توسعه مدل میکرومکانیکی تعیین خواص
    • 4-1- مقدمه
    • 4-2- فرمولبندی
    • 4-3- تعادل انرژی
    • 4-4- بحث و بررسی نتایج
      • 4-4-1- مثال اول
      • 4-4-2- مثال دوم
    • 4-5- نتیجه‌گیری
  • 5- فصل پنجم: مدل میکرومکانیکی تحلیل استاتیکی کامپوزیتهای لایهای
    • 5-1- مقدمه
    • 5-2- مدلهای خرابی در اجزاء
      • 5-2-1- معیار شکست الیاف
    • 5-3- معیار شکست ماتریس
      • 5-3-1- معیار شکست فصل مشترک الیاف و ماتریس
    • 5-4- الگوریتم پیشنهادی
    • 5-5- محاسبه ضرایب تقویت تنش
      • 5-5-1- بررسی صحت شرایط مرزی اعمالی
      • 5-5-2- ابعاد المان حجمی نماینده
      • 5-5-3- تاثیر نوع المان حجمی
      • 5-5-4- بررسی اثر شبکه بندی
    • 5-6- حل چند مثال
      • 5-6-1- کامپوزیت Glass/MY750 و لایه چینی [45/0/-45-90]s
      • 5-6-2- کامپوزیت Glass/MY750 و لایه چینی [90/0]2s
      • 5-6-3- کامپوزیت IM7/8551-7 و لایه چینی [45/0/-45/90] s
    • 5-7- نتیجهگیری
  • 6- فصل ششم: مدل خستگی چند مقیاسی برای پیش‌بینی عمر خستگی
    • 6-1- مقدمه
    • 6-2- تئوری جنبشی شکست
    • 6-3- مدل میکرومکانیکی پیشرونده پل‌ساز
    • 6-4- کاربرد مدل خستگی میکرومکانیکی پشرونده در بصورت عددی
    • 6-5- بحث و بررسی نتایج
      • 6-5-1- ارزیابی مدل PPMF برای کامپوزیت تک‌جهته
      • 6-5-2- ارزیابی مدل PPMF برای کامپوزیت تک‌جهته
      • 6-5-3- تحلیل کامپوزیت با صفحه سوراخدار
    • 6-6- تحلیل خستگی کامپوزیت T300 Carbon/Epoxy تقویت شده با MWCNT
      • 6-6-1- بحث و بررسی نتایج
    • 6-7- نتیجه‌گیری
  • 7- فصل هفتم: نتیجهگیری و پیشنهادها
    • 7-1- مقدمه
    • 7-2- نتایج
    • 7-3- پیشنهادات
  • 8- مراجع
...see more