International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

Finite Element Investigation on the Structural Performance of Biaxial Straight and Curvilinear Fiber Paths Composite Laminates

Researcher(s):
  • Farag Abdiwi
  • Philip Harrison
Institution:Faculty of technical Science, Libya Sabha, Department of Mechanical Engineering
University of Glasgow, Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering
Field:Mechanical and Materials Engineering
Published in:15th volume - October 2018
الملخص
الميل في حقلي ميكانيكا المواد واختيار المواد في هذه الايام في اتجاه تبني صناعة مركبات برية وجوية وغيرها من التطبيقات الخفيفة الوزن. هذا الشرط يمكن تحقيقه باستبدال المواد التقليدية ثقيلة الوزن بمواد خفيفة الوزن مثل المواد المركبة والتي تغتبر في الوقت الحاضر الخيار البديل لاستبدال المواد الثقيلة الوزن المستخدمة في بعض التطبيقات الهندسية بالمواد المركبة خفيفة الوزن. ولكن السلوك الانبزوتروبي للمواد المركبة (خواص المادة الميكانيكية يتغير على طول التشوه) وتركز الاجهادات بسبب الانقطاعات في البناء (صفيحة, اسطوانة, مخروط,.......الخ) يفتح باب بحث كبير على مصراعيه لتحسين اداء المواد المركبة البنائي. في هذا الاطار تم ابتكار فكرة جديدة لتصميم صفائح مواد مركبة ثنايئة المحور يمسارات الياف منحنية لزيادة تقوية الاداء البنائي لهذه الصفائح والتقليل من الاجهادات المركزة التي تحدث بسبب الانقطاعات (الفتحات). وتم نمذجة مسارات الالياف المنحنية الناتجة من تشويه نسيج هندسي باستخدام برنامج Matlabتم تطويره بواسطة الكاتب من برنامج Matlab ايضا طوره الكاتب اسمه Varifab . [1] للاطلاع على اللوغاريتمات والاساسيات الرياضية التي تم على اساسها بناء هذا البرنامج Varifab موجودة بالتفصيل في المرجع .[1] في اتجاه تدعيم الاداء البنائي لصفائح المواد المركبة في هذا البحث تم انتاج خمس شبكات رقمية بمسارات الياف منحنية متفاوتة الدرجة على نفس مسارات الالياف المنحنية التي تم انتاجها في النسيج الهندسي الطبيعي وتم بعد ذلك نقل اتجاه مسارات الالياف المنحنية الى شبكات من العناصر المتناهية باستخدام برنامج Matlabاخر اسمه DDConverter. وتم بعد ذلك عمل تحليل باستخدام العناصر المتناهية على صفائح من المواد المركبة مربعة 200x200 mm بفتحة في المنتصف للحالة الاولى مقدارها 20 mm وللحالة الثانية مقدارها 40 mm ذات اتجاهات الياف مستقيمة ومنحنية للتحقق من تاثيرات اتجاهات الالياف المنحنية في تحسين الاداء البنائي للصفائح ذات اتجاهات الالياف المنحنية.
Abstract
The tendency in mechanics of materials and material selection fields in now days is toward adopting light weight automotive and aircraft vehicles and other applications. Composite material is considered in present to be the replacement choice of the ordinary used heavy weight materials, however the anisotropy behavior and stress concentration due to cutouts open huge research work for improve its structural performance. New idea of designing biaxial composite laminates with curvilinear fiber paths is investigated to enhance the structural performance of composite laminates, hence reduce stress concentration due to cutout. Coarse meshes of curvilinear fiber paths identical to those curvilinear fiber paths produced in the engineering fabric were modeled using a Matlab code developed by the author from an existed Matlab code Varifab also developed by the author in [1]. The mathematical algorithm of Varifab code can be found in [1]. Meshes matched in orientation the curvilinear fiber paths of real engineering fabric were generated with five degrees of curvilinear fiber paths and then mapped into finite element mesh using Matlab DDConverter code. Finite element work has been conducted on straight and curvilinear fiber path eight plies 200x200 mm square composite laminate with 20 and 40 mm center hole to investigate the effect on curvilinear fiber on improving the structure performance of the curvilinear laminates.