Enhanced strength models for notched laminates with finite outer boundaries

• Autorzy: Hufenbach W. , Kroll L. , Lepper M. , Kostka P. , Czulak M.

Warianty tytułu

PL

Udoskonalone modele wytrzymałościowe płyt laminatowych o skończonych rozmiarach z karbami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For the practical design of notched fibre reinforced components, methods that consider finite anisotropic plates with a cutout are of special interest. The notch-induced stress concentrations lead to critical strains and frequently initiate catastrophic failure of the component. By selective fibre reinforcement of the matrix, a redistribution of the stress peaks relevant to failure can be achieved. In the course of this, the fibre orientation, besides the notch geometry, plays a decisive role. An anisotropic plate with finite dimensions and a hole in its center will be used here to analytically model stress concentrations. Unlike the infinite plate, this problem comprises a doubly connected outer area. A solution method has been developed for stress concentration problems of fibre-reinforced compounds based on the method of complex-valued stress functions combined with conformal mappings. Using the solution methods developed here, the whole calculation procedure was modified and extended in such a way, that even the influence of a finite outer boundary of the plate can be described. The consideration of the outer boundary is of high importance for practical problems, because then the essential influence of the notch size in dependence of the material, geometry and loading parameters can be also determined.

PL

Metody obliczeniowe, uwzględniające skończone wymiary płyt i obecność karbów mają szczególne znaczenie dla praktycznych zagadnień dotyczących konstruowania elementów z kompozytów włóknistych. Spiętrzenia naprężeń wywołane działaniem karbów prowadzą często do pojawienia się krytycznych odkształceń, inicjujących zniszczenie struktury nośnej. Poprzez celowe umocnienie osnowy włóknami możliwe jest osiągnięcie rozdziału lokalnie działających naprężeń i tym samym unikniecie uszkodzenia. Fakt ten świadczy o tym, że oprócz cech geometrycznych karbu również kierunek ułożenia włókien odgrywa istotną role. Przedstawiono analityczny model powstawania spiętrzenia naprężeń w anizotropowej płycie o skończonych wymiarach z centralnie usytuowanym otworem. W celu uwzględnienia skończonych wymiarów płyty obszar zewnętrzny traktuje się jako podwójnie połączony. Opisana metoda obliczania spiętrzenia naprężeń na skutek działania karbu łączy zastosowanie zespolonych funkcji opisujących naprężenia z odwzorowaniem konforemnym. Metoda ta umożliwia modyfikację i rozszerzenie procedury obliczeniowej w celu uwzględnienia wpływu skończonych wymiarów płyty. Możliwość uwzględnienia brzegu jest szczególnie ważna w zagadnieniach praktycznych, gdyż pozwala ona na ocenę działania krabu w zależności od materiału, cech geometrycznych oraz parametrów obciążenia.

Słowa kluczowe

EN

anisotropy; plate; notch; stress concentration; finite outer boundary; conformal mapping

PL

anizotropia; płyta; naprężenia; odwzorowanie konforemne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 3, nr 7
• Strony: 255--259
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., wykr.

Twórcy

autor

Hufenbach W.

• Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany

autor

Kroll L.

• Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany

autor

Lepper M.

• Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany

autor

Kostka P.

• Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany

autor

Czulak M.

• Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany

Bibliografia

• [1] Lekhnitskii S.G., Anisotropic plates, Gordon and Breach Science Publ., New York 1968.
• [2] Hufenbach W., Kroll L., Der verschiedenartige Einfluss unterschiedlicher Kerbformen bei Faserverbundwerkstoffen, Proce. Conference Composite Research in Solid Mechanics, Stuttgart, 5-6 December 1991.
• [3] Hufenbach W., Kroll L., Kerbspannungsanalyse anisotrop faserverstärkter Scheiben, Archive of Applied Mechanics 1992, 62, 277-290.
• [4] Hufenbach W., Stress concentration analysis in fibre-reinfored ceramic components, J. of the European Ceramic Society 1992, 10, 195-203.
• [5] Hufenbach W., Kroll L., Kerbspannungsverhalten faserverstärkter Verbundbauteile, Proc. 2nd Nat. Symposium of SAMPE Deutschland e. V., Dresden, 22-23 February 1996, 47-61.
• [6] Hufenbach W., Kroll L., Stress analysis of notched anisotropic finite plates under mechanical and hygro-thermal loads, Arch. Appl. Mech. 1999, 69, 145-159.
• [7] Becker W., Complex method for the elliptical hole in an unsymmetric laminate, Arch. Appl. Mech. 1993, 63, 159-169.
• [8] Kroll L., Zur Auslegung mehrschichtiger anisotroper Faserverbundstrukturen. Dissertation, Technische Universität Clausthal 1992.
• [9] Zhou B., Beitrag zur Berechnung endlich berandeter anisotroper Scheiben mit elastischem Einschluss, Dissertation, Technische Universität Clausthal 1997.
• [10] Lepper M., Kerbspannungsanalyse anisotroper Mehrschichtverbunde mit symmetrischem und unsymmetrischem Strukturaufbau, Dissertation, Technische Universität Clausthal 1999.
• [11] Hufenbach W., Kroll L., Grothaus, R., New design methods for complexly loaded high-speed composite rotors, Proc. of ECCM 8, Naples, 3-6 June 1998.
• [12] Tan S.C., Effective stress fracture models for unnotched and notched multidirectional laminates, J. Composite Mat. 1988, 22, 322-340.
• [13] Whitney J.M., Nuismer R.I., Stress fracture criteria for laminated composites containing stress concentrations, J. Composite Mat. 1974, 8, 253-265.
• [14] Pipes R.B., Wetherhold R.C., Gillespie J.W. Jr., Notched strength of composite materials, J. Composite Mat. 1979, 13, 148-160.
• [15] Langkamp A., Bruchmodebezogene Versagensmodelle von faser- und textilverstärkten Verbundwerkstoffen mit polymeren, keramischen sowie metallischen Matrices, Dissertation, Technische Universität Dresden 2002.