چند لایه کامپوزیتی- فلزی ساختار ترکیبی است که در آن چندین ورق فلزی نازک و لایه¬های کامپوزیت به هم متصل شده‌اند. این ساختار دارای ویژگی‌هایی مانند مقاومت خستگی بالا، مقاومت در برابر ضربه، جذب بالای انرژی، مقاومت بالا در برابر آتش و استحکام بالا می‌باشد. ویژگی‌های ذکر شده در مورد FML باعث افزایش روز افزون کاربرد آن در صنایع مختلفی مانند صنایع هوایی شده است. اما با وجود این کاربردها، این ساختار مستعد بروز خرابی‌هایی است که باعث افت خواص مکانیکی در آن می‌شود. خرابی در FML شامل آسیب در کامپوزیت، آسیب در فلز و همچنین جدایی میان لایه‌ها می‌باشد. هدف از این رساله ارائه یک روش تحلیلی مناسب جهت پیش‌بینی وضعیت آسیب، شامل ترک ماتریسی در لایه‌های کامپوزیت، پلاستیسیته در لایه‌های فلزی و جدایی بین لایه‌ای القایی و محاسبه مشخصات مکانیکی باقیمانده پس از وقوع این آسیب‌ها در FML تحت بارگذاری استاتیکی می‌اشد. در این مطالعه با استفاده از روش حساب تغییرات و با در نظر گرفتن شرایط مرزی، بارگذاری و تعادل نیرویی در لایه‌های FML، مدل آسیب FML معرفی گردید. با استفاده از مدل ارائه شده، توزیع تنش در لایه‌های فلز و کامپوزیت در سلول واحد محصور بین دو ترک موجود در لایه کامپوزیت 90 درجه استخراج شد. جهت پیش‌بینی آسیب از معیار انرژی پایه بر اساس نرخ رها سازی انرژی استفاده گردید. در این مدل اثر متقابل لایه¬های فلز و کامپوزیت نیز در نظر گرفته شد. با استفاده از مدل تحلیلی ارائه شده تاثیر عواملی چون فاصله ترک‌ها، بار اعمالی و ضخامت لایه¬ها بر توزیع تنش و پلاستیسته لایه‌های فلزی بررسی شد. به منظور اعتبار سنجی مدل ارائه شده، شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس انجام شد. نتایج بدست آمده از شبیه¬سازی عددی با نتایج استخراج شده از مدل تحلیلی دارای انطباق خوبی بودند. همچنین در ادامه آزمایش‌های تجربی جهت بررسی شروع و رشد آسیب در FML انجام گردید و تمامی مراحل آسیب در مقابل نمودار تنش-کرنش استخراج شده از آزمون کشش با استفاده از دوربین ثبت شد. آزمایش کشش بر روی چند لایه کربن تقویت شده با آلومینیوم انجام شد. اولین مود آسیب مشاهده شده در آزمایش کشش در لایه چینی‌های [AL/903]s و [AL/902]s، پلاستیسته فلز بود و پس از آن در لایه های کامپوزیتی ریز ترک‌هایی مشاهده گردید.

 

چند لایه کامپوزیتی- فلزی، پلاستیسته؛ جدایی بین لایه ای؛ ترک ماتریسی؛ روش حساب تغییرات