Analyse par éléments finis de la dégradation des propriétés thermomécaniques des stratifiés croisés

Abstract

الملخص (بالعربية) :

كثيرًا ما تتعرّض المكوّنات المصنّعة من المواد المركّبة لأحمال ميكانيكيّة وحراريّة كبيرة أثناء التّشغيل. كلا النّوعان من الأحمال قد يسّبب بكسور وإخفاق الهياكل المركبة. عندما تتعرّض الصّفائح المركـّبة المتقاطعة من نوع لإجهاد الشـّد أحادي المحور, تظهر و تتطوّر انواع مختلفة من الأضرار (انشقاق المصفوفة: انشقاقات عرضيّة و طوليّة, انفكاك الطـّبقات المختلفة الاتـّجاه: الانفصال( وتقسيم الألياف. إنّ تطوّر هذه النـّماذج من الاضرار يمكن أن تأثـّر بشكل كبير على صلابة الصّفائح المركـّبة. من النّاحية التّجريبية, الانشقاقات العرضيّة معروفة على أنـّها أوّل ضرر يحدث. وفي هذا الصدد، الهدف من هذه المذكّرة هو دراسة تأثير الانشقاق العرضي على توزيع مجال التـّوتر وتدهور الخصائص الميكانيك-حرارية للصّفائح المركـّبة المتقاطعة. من اجل هذا, سنستخدم المحاكاة بالعناصر المحدودة (FE) لتطوّر هذا الضّرر في الصّفائح المركـّبة المتقاطعة من نوع تحت الشّد الأحادي المحور. تم دراسة تأثير الانشقاقات العرضيّة على صلابة الصّفائح المركـّبة المتقاطعة تحت تدهور الخصائص الميكانيك حرارية عدديا. النتائج التي تم الحصول عليها عن طريق النموذج العددي في هذا التحقيق تبرهن على تأثير الانشقاقات العرضيّة على قدرة التحمل ومقاومة للتلف وكذلك آثارها على الّتغيرات في الخواص الميكانيكية مثل معامل يونغ، معامل بواسون ومعامل التمدد الحراري. تأثير عدد الطـّبقات ذات الاتجاه °90 و°0 على تدهور معامل المرونة الطولي والتغير في الضغط العادي مع كثافة مختلفة من الشقوق عرضية مدرجة أيضا في هذه الدّراسة. النتائج التي تم الحصول عليها أظهرت اتفاق جيد مع النـّموذج التـّحليلي المقترح shear lag وكذلك مع النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها المتاحة أو المتوفّرة.

----------------------------------------------

Résumé (Français et/ou Anglais) :

Components manufactured from composite materials are frequently subjected to superimposed mechanical and thermal loadings during their operating service. Both types of loadings may cause fracture and failure of composite structures. When composite cross-ply laminates of type [0m / 90n]s is subjected to uni-axial tensile loading, different types of damage are set-up and are developed such as matrix cracking: transverse and longitudinal cracks, delamination between disoriented layers and broken fibers. The development of these modes of damage can be detrimental for the stiffness of the laminates. From the experimental point of view, transverse cracking is known as the first mode of damage. In this regard, the objective of the present paper is to investigate the effect of transverse cracking in cross-ply laminate on the distribution of the stress filed and thermo-mechanical degradation. A Finite Element (FE) simulation of damage evolution in composite cross-ply laminates of type [0m / 90n]s subjected to uni-axial tensile loading is carried out. The effect of transverse cracking on the cross-ply laminate strength under thermo-mechanical degradation is investigated numerically. The results obtained by prediction of the numerical model developed in this investigation demonstrate the influence of the transverse cracking on the bearing capacity and resistance to damage as well as its effects on the variation of the mechanical properties such as Young’s modulus, Poisson’s ratio and coefficient of thermal expansion. The effect of the number n of 90° plies and the number m of 0° plies on the degradation of the longitudinal elasticity modulus and the variation of the normal stress , with different density of transverse cracks, was also studied. The results obtained are in good agreement with those predicted by the shear lag analytical model as well as with the obtained experimental results available in the literature.