Đánh giá thống kê và mô hình hồi quy đối với khả năng phục hồi độ bền của vật liệu composite nhiều lớp được sửa chữa kiểu liên kết vát
8 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.112.2026.184-191Từ khóa:
Sửa chữa kiểu liên kết vát; Phân tích phương sai (ANOVA); Composite nhiều lớp; Tỷ lệ phục hồi độ bền; Góc vát liên kết; Mô hình hồi quy; Cơ chế phá hủy.Tóm tắt
Sửa chữa kiểu liên kết vát (scarf repair) là một trong những kỹ thuật sửa chữa liên kết hiệu quả nhất đối với vật liệu composite nhiều lớp bị hư hỏng, do có khả năng đạt được mức phục hồi độ bền cao đồng thời giảm thiểu sự tập trung ứng suất. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của hình học vùng liên kết vát đến ứng xử kéo và tỷ lệ phục hồi độ bền (Strength Recovery Rate – SRR) của composite nhiều lớp được sửa chữa kiểu liên kết vát đã được khảo sát bằng phương pháp có hỗ trợ thống kê. Dữ liệu thực nghiệm thử kéo tương ứng với các tỷ lệ góc vát 1/10, 1/20 và 1/30, cùng với kích thước khuyết tật 6 mm và 12 mm, được phân tích bằng phương pháp phân tích phương sai hai nhân tố (two-way ANOVA) nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số hình học đến SRR. Kết quả cho thấy tỷ lệ góc vát là yếu tố chi phối chính ảnh hưởng đến hiệu quả sửa chữa (p < 0,001), trong khi kích thước khuyết tật và ảnh hưởng tương tác không có ý nghĩa thống kê trong phạm vi khảo sát. Giá trị SRR tăng đáng kể từ khoảng 51,0 - 52,9% tại tỷ lệ góc vát 1/10 lên khoảng 79,2–82,0% tại các tỷ lệ góc vát 1/20 và 1/30. Mối quan hệ hàm mũ suy giảm giữa SRR và góc vát liên kết đã được thiết lập thông qua phân tích hồi quy phi tuyến (R² = 0,898). Các kết quả thực nghiệm bổ sung tại tỷ lệ góc vát 1/5 thể hiện sự sai lệch đáng kể so với dự đoán của mô hình, được giải thích do sự chuyển tiếp của cơ chế phá hủy chi phối tại các góc vát liên kết tương đối lớn. Các kết quả nghiên cứu cung cấp một cơ sở có hỗ trợ thống kê cho việc đánh giá cấu hình sửa chữa kiểu liên kết vát và cân bằng giữa hiệu quả cơ học với khả năng chế tạo sửa chữa.
Tài liệu tham khảo
[1]. J. Yoo et al., “Parametric study on static and fatigue strength recovery of scarf-patch-repaired composite laminates,” Composite Structures, Vol. 140, pp. 417–432, (2016).
[2]. V. Truong et al., “Failure load prediction of laminates repaired with a scarf-bonded patch using the damage zone method,” Advanced Composite Materials, Vol. 26, No. 2, pp. 115–133, (2017).
[3]. Z. Xie, X. Li, and Q. Yan, “Scarf Repair of Composite Laminates,” MATEC Web of Conferences, Vol. 61, p. 05019, (2016).
[4]. E. Sonat and S. Özerinç, “Failure behavior of scarf-bonded woven fabric CFRP laminates,” Composite Structures, Vol. 258, p. 113205, (2020).
[5]. S. Mohammadi et al., “A review on composite patch repairs and the most important parameters affecting its efficiency and durability,” Journal of Reinforced Plastics and Composites, pp. 1–13, (2020).
[6]. B. Yan et al., “An Improved Semi-analytical Method for the strength prediction of composite bonded scarf repairs,” Composite Structures, Vol. 306, p. 116537, (2023).
[7]. S. Tashi and A. Abedian, “A comprehensive 2 Dimensional and 3 Dimensional FEM study of scarf repair for a variety of common composite laminates under in-plane uniaxial and equibiaxial loadings,” International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 114, p. 103092, (2022).
[8]. T. D. Breitzman et al., “Optimization of a composite scarf repair patch under tensile loading,” Composites Part A, Vol. 40, pp. 1921–1930, (2009).
[9]. A. B. Harman and C. H. Wang, “Improved design methods for scarf repairs to highly strained composite aircraft structure,” Composite Structures, Vol. 75, pp. 132–144, (2006).
[10]. A. Hyeon-seok et al., “Tensile strength of composite bonded scarf joint in various thermal environmental conditions,” Advanced Composite Materials, pp. 1–16, (2020).
[11]. A. Sun et al., “Mechanical behaviour of composite laminates repaired with a stitched scarf patch,” Composite Structures, Vol. 255, p. 112928, (2021).
[12]. M. Préau and P. Hubert, “Processing of co-bonded scarf repairs: Void reduction strategies and influence on strength recovery,” Composites Part A, Vol. 84, pp. 236–245, (2016).
[13]. T. P. Z. Marques et al., “Fractographic analysis of scarf repaired carbon/epoxy laminates submitted to tensile strength,” Engineering Failure Analysis, Vol. 124, p. 105374, (2021).
[14]. R. D. F. Moreira et al., “High-cycle fatigue analysis of adhesively bonded composite scarf repairs,” Composites Part B, Vol. 190, p. 107900, (2020).
[15]. A. Vadean et al., “Improvement of scarf repair patch shape for composite aircraft structures,” The Journal of Adhesion, pp. 1–27, (2022).
[16]. Z. Leng et al., “Optimize design of composite laminate scarf patch repair by numerical analysis and experiments,” Aerospace Systems, Vol. 8, No. 3, pp. 491–518, (2025).
[17]. V.-T. Hoang, D.-S. Lee, Y.-W. Nam, and J.-H. Kweon, “Numerical Prediction of Failure Load of Scarf-Patch-Repaired CFRP Composite Using Damage Zone Model and Cohesive Zone Model,” International Journal of Aeronautical and Space Sciences, Vol. 24, pp. 419–429, (2022).
[18]. S. Psarras et al., “Investigating the Effect of Stepped Scarf Repair Ratio in Repaired CFRP Laminates under Compressive Loading,” Journal of Composites Science, Vol. 4, p. 150, (2020).
[19]. C. Xiaoquan et al., “Study of tensile failure mechanisms in scarf repaired CFRP laminates,” International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 41, pp. 177–185, (2013).
[20]. X. Cheng et al., “Effects of stacking sequence and rotation angle of patch on low velocity impact performance of scarf repaired laminates,” Composites Part B, Vol. 133, pp. 78–85, (2018).
[21]. D. C. Montgomery, “Design and Analysis of Experiments,” John Wiley & Sons, (2017).
[22]. R. H. Myers, D. C. Montgomery, and C. M. Anderson-Cook, “Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments,” John Wiley & Sons Inc., (2009).
