Multiscale Modelling of Damage and Fracture Processes in Composite Materials

انواع مختلفی از کامپوزیت ها در عمل مهندسی استفاده می شود. مهمترین آنها ورقه های کامپوزیت الیافی و مواد با هندسه تقویتی پیچیده تر به شکل الیاف کوتاه و ذرات با خواص مختلف شکل و اندازه است. هدف البته درک اصول اساسی فرآیندهای رشد آسیب و شکست در کامپوزیت های سرامیکی، پلیمری و زمینه فلزی بود. امروزه، به طور گسترده شناخته شده است که خواص ماکروسکوپی مهم مانند سختی و استحکام ماکروسکوپی، توسط فرآیندهایی کنترل می شود که در یک تا چند مقیاس کمتر از سطح مشاهده رخ می دهد. درک اینکه چگونه این فرآیندها بر کاهش سختی و استحکام تأثیر می گذارند، برای تجزیه و تحلیل مواد کامپوزیتی موجود و طراحی بهبود یافته ضروری است. مطالعه این که چگونه این مقیاس‌های طولی مختلف را می‌توان با هم پیوند داد یا به‌طور همزمان در نظر گرفت، برای مواد کامپوزیتی جذاب است، زیرا آنها ساختار کاملاً مشخصی در سطوح خرد و میانی دارند. علاوه بر این، سطوح ریزساختاری و میان ساختاری به خوبی تعریف شده‌اند: سطح ریزساختاری می‌تواند با ذرات یا الیاف کوچک مرتبط باشد، در حالی که لایه‌های منفرد را می‌توان در سطح مزوسکوپی شناسایی کرد. به همین دلیل، پیشرفت‌هایی که در مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل چند مقیاسی انجام شده است، مستقیماً به کلاس‌هایی از مواد مربوط می‌شود که یا دارای طیفی از مقیاس‌های ریزساختاری مرتبط هستند، مانند فلزات، یا ریزساختار بسیار تعریف‌شده‌ای ندارند، به عنوان مثال. کامپوزیت های سیمانی به طور خاص، مکانیک شکست و تکنیک‌های بهینه‌سازی برای طراحی ورقه‌های کامپوزیت پلیمری در برابر نوع شکست لایه لایه‌سازی مورد بحث قرار گرفت.

Various types of composites are used in engineering practice. The most important are fibrous compositesy laminates and materials with a more complicated geometry of reinforcement in the form of short fibres and particles of various properties^ shapes and sizes. The aim of course was to understand the basic principles of damage growth and fracture processes in ceramic, polymer and metal matrix composites. Nowadays, it is widely recognized that important macroscopic properties like the macroscopic stiffness and strength, are governed by processes that occur at one to several scales below the level of observation. Understanding how these processes infiuence the reduction of stiffness and strength is essential for the analysis of existing and the design of improved composite materials. The study of how these various length scales can be linked together or taken into account simultaneously is particular attractive for composite materials, since they have a well-defined structure at the micro and meso-levels. Moreover, the microstructural and mesostructural levels are well-defined: the microstructural level can be associated with small particles or fibres, while the individual laminae can be indentified at the mesoscopic level. For this reason, advances in multiscale modelling and analysis made here, pertain directly to classes of materials which either have a range of relevant microstructural scales, such as metals, or do not have a very we- defined microstructure, e.g. cementitious composites. In particular, the fracture mechanics and optimization techniques for the design of polymer composite laminates against the delamination type of failure was discussed.