Numerical Simulation of Composite Material Behavior Under Mechanical Loading

Abstract

تقدم هذه الدراسة محاكاة وتحليلات تجريبية تهدف إلى تقييم السلوك الميكانيكي لمركبات CFRP تحت طرق تعديل سطح مختلفة. أثبتت عمليات محاكاة العناصر المحدودة لشعاع الكابولي صحة الشروط الحدودية وجودة الشبكة من خلال أنماط تشوه واقعية، مع ملاحظة أقصى انحراف عند الطرف الحر. كشفت استجابات القوة والإزاحة لتكوينات CFRP المختلفة عن سلوك مرن، مع ملاحظة صلابة محسنة في العينة المعالجة بنسبة انحلال 10%. أظهرت النماذج العددية توافقًا جيدًا مع البيانات التجريبية لـ CFRP غير المعدل، حيث بلغ متوسط نسبة الأخطاء حوالي 17%. ومع ذلك، وُجدت تباينات أكبر في العينات المعدلة، وخاصةً مع طريقة PPE بنسبة انحلال 5%، مما يشير إلى قيود في التقاط التفاعلات البينية المعقدة. تؤكد هذه النتائج على أهمية تحسين نماذج المواد ودمج محاكاة المناطق المتماسكة لتحسين دقة التنبؤ بسلوك المركب في الأعمال المستقبلية

This study presents simulation and experimental analyses aimed at evaluating the mechanical behavior of CFRP composites under various surface modification methods. Finite element simulations of a cantilever beam validated the boundary conditions and mesh quality through realistic deformation patterns, with maximum deflection observed at the free end. The force-displacement responses of different CFRP configurations revealed elastic behavior, with enhanced stiffness noted in the sample treated with 10% dissolution. Numerical models showed good agreement with experimental data for the non-modified CFRP, with average percentage errors around 17%. However, larger discrepancies were found in modified samples, particularly with the PPE 5% dissolution method, indicating limitations in capturing complex interfacial interactions. These findings underscore the importance of refining material models and incorporating cohesive zone simulations to improve the predictive accuracy of composite behavior in future work.