تعمیم روش شیارزنی برای اندازه‌گیری هم‌زمان تنش‌های پسماند عمودی و برشی در کامپوزیت‌های پلیمری

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

چکیده

برای تعیین تنش های پسماند با روش شیارزنی، ابتدا شیاری در چند مرحله در قطعه مدنظر ایجاد شده و کرنش های ناشی از آزادسازی تنش های پسماند هر مرحله به وسیله کرنش سنج ثبت می شود. سپس، تنش های پسماند به کمک کرنش های اندازه گیری شده و ضرایب نرمی محاسبه می شود. فرض اساسی لحاظ شده در روش مزبور این است که کرنش ثبت شده فقط ناشی از آزادسازی مؤلفه تنش پسماند عمود بر جداره شیار است. در حالی که شیارزنی دو مؤلفه تنش برشی را نیز در جداره شیار آزاد میک ند که ممکن است مقادیر کرنش های ثبت شده به وسیله کرنش سنج را تحت تاثیر قرار دهد. در این پژوهش، اثر تنش های پسماند برشی داخل و خارج صفحه بر کرنش های ثبت شده در روش شیارزنی برای یک نمونه کامپوزیت کربن اپوکسی و نیز یک نمونه فولادی بررسی شده است. با استفاده از مدل سازی اجزای محدود و با درنظر گرفتن توزیع تنش های فرضی نشان داده شده است که هر دو مؤلفه تنش برشی در مقایسه با تنش عمودی اثر قابل توجهی بر مقادیر کرنش های ثبت شده دارند. در نهایت، برای اندازه گیری همزمان تنش های پسماند عمودی و برشی روش جدیدی با استفاده از دو کرنش سنج که در دو سمت شیار نصب می شوند، ارائه شده است. در بخش پایانی، درستی نتایج شبیه سازی با انجام آزمون شیارزنی روی دو نمونه کامپوزیت کربن اپوکسی به اثبات رسید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Extension of Slitting Method for Simultaneous Measurement of Residual Normal and Shear Stresses in Polymer Composites

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Mehrdad Shokrieh
  • Saeed Akbari Roknabadi
چکیده [English]

The thermal residual stresses generated during curing process of laminated polymer composites can negatively affect their mechanical strength and performance. Premature failure, delamination, out-of-plane deformation and matrix cracking are negative effects of residual stresses. In order to predict the residual stresses effects on the performance of composite components, it is important to develop techniques to measure those stresses. The slitting method is one of the most conventional methods of residual stress measurement. In this method, a slit is created incrementally through the thickness of the stressed part and the released strains in each incremental depth are then measured by a strain gauge. A major assumption of
this method is that the measured strains during the slitting experiment are only caused by the residual stress component perpendicular to the slit face. However, slitting process will also release two shear stress components in the slit plane, which may influence the values of the measured strains. This paper investigates the effect of the released in-plane and out-of-plane residual shear stresses in the slitting process on the measured strains for a carbon/epoxy laminate as well as a steel specimen. The results
of the finite element simulations show that both components of the residual shear stress may significantly affect the measured strains during the slitting experiment. For simultaneous determination of residual normal and shear stresses, a new method using two strain gauges attached in both sides of the slit is presented. Finally, the validity of the simulation results was demonstrated by carrying out the slitting experiments on two carbon/epoxy composite specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • residual shear stresse
  • polymer composite
  • slitting method
  • finite element analysis
  • strain