Praca dotyczy konstruowania krzywych interakcji uogólnionych sił przekrojowych Nx Ny w laminatowych strukturach kompozytowych. Krzywe takie pozwalają na ocenę nośności elementów w złożonych stanach obciążeń. Uwzględniono stopniową degradację własności sprężystych struktury na skutek przyrostu obciążenia aż do zniszczenia elementu. Wykorzystano wybrane kryteria wytężeniowe oraz procedurę „zniszczenia ostatniej warstwy" (ang. LPF). Dzięki temu możliwa jest ocena wpływu uszkodzeń na graniczne krzywe nośności. Obliczenia wykonano za pomocą własnych procedur zapisanych w programie Mathcad i MATLAB.
EN
This paper presents influence of damage on failure envelopes in composite laminates. Load carrying capacity of structural elements maybe estimated by utilizing this envelopes in a space of cross-section forces. Progressive stiffness degradation as a conseguence of damage was taken into consideration. Last Ply Failure analysis was performed to obtain failure envelopes. Different failure criteria were utilized. Analyses were performed by utilizing authoKs code written in a frame of Mathcad and MATLAB.
This paper presents influence of damage on failure envelopes in composite laminates. Load carrying capacity of structural elements may be estimated by utilizing this envelopes in a space of cross-section forces. Progressive stiffness degradation as a consequence of damage was taken into consideration. Last Ply Failure analysis was performed to obtain failure envelopes. Different failure criteria were utilized. Analyses were performed by utilizing author’s code written in frame of Mathcad and MATLAB and commercial FEM system ABAQUS.
This paper presents limits curves of load carrying capacity for laminates with various ply stacking sequences under complex loading. Plane structural elements subjected biaxial tension/compression, bidirectional bending and simultaneous bending and tension/compression are considered. Numerical results are obtained by utilizing different failure criteria. Calculations were performed with use of author’s code written in frame of Mathcad and MATLAB.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono model progresywnego zniszczenia kompozytów włóknistych. Uwzględniono w nim różne mechanizmy zniszczenia wewnątrzwarstwowego, umożliwiające określenie poziomu obciążenia inicjującego proces uszkodzenia. Model pozwala także na analizę postępującej degradacji kompozytu przy wzrastającym obciążeniu. Ewolucja uszkodzeń opisana jest w ramach podejścia energetycznego bazującego na dyssypacji energii podczas procesu zniszczenia. Przeprowadzono ponadto analizę wytrzymałościową warstwowych kompozytów włóknistych przy użyciu przedstawionego modelu, korzystając z pakietu MES ABAQUS. W pewnym zakresie wykonano także obliczenia według własnych procedur z wykorzystaniem programu Mathcad.
EN
This paper presents a model of progressive damage in fiber-reinforced composites. The model predicts the onset of failure and post-failure behavior. Four different modes in frame of intralaminar failure mechanism are considered. They are represented by a set of scalar damage variables. Damage evolution (induced by stress) is based on the fracture energy dissipated during the damage process. The step-by-step description of progressive damage is also shown. Numerical results obtained by utilizing commercial FEM system ABAQUS are compared with author.s code written in frame of Mathcad in range of ultimate load capacity.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule analizowany jest wpływ współczynnika interakcji naprężeń F12, występującego w wielu kryteriach wytężeniowych dla laminatów kompozytowych na stabilność i zachowanie się kryteriów. Pokazano to na przykładzie kryterium Tsaia-Wu i kryterium energetycznego, które autorzy wyspecyfikowali z ogólnego sformułowania Rychlewskiego (1984). Wykazują przy tym, że matematyczny warunek gwarantujący uzyskanie zamkniętej obwiedni granicznej dla kryterium o postaci wielomianu typu kwadratowego, ma dla wyspecyfikowanego przez nich kryterium sens energetyczny i jako taki może być podstawą do weryfikacji wyników eksperymentalnych, dotyczących charakterystyk wytrzymałościowych i sztywnościowych w kompozytach włóknistych.
EN
The paper deals with theoretical analysis of failure criteria for unidirectional composite materials. One of the most often used is Tsai-Wu criterion, which can be expressed by eq. (1). The coefficient F12 related to the interaction of normal stresses has to be determined in biaxial experiment. However, it is very difficult task, since F12 is weakly sensitive to the changes of biaxial stresses. In this paper the influence of stress interaction coefficient F12 on criterion stability and the closure of the failure envelope for a several most popular failure criteria was analyzed.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki numerycznych symulacji stopniowego uszkadzania się laminatów kompozytowych o różnej konfiguracji warstw. Symulacje wykonano przy pomocy własnych procedur zapisanych w programie Mathcad. W szczególności rozważono płaskie elementy konstrukcyjne poddane rozciąganiu i ścinaniu. Każdorazowo porównano wyniki otrzymane przy wykorzystaniu różnych kryteriów wytężeniowych oraz zastosowaniu różnych sposobów degradacji sztywności.
EN
This paper presents numerical simulations of progressive damage in composite laminates with various ply stacking sequences. Plane structural elements subjected to tension and shear loading are considered. Numerical results obtained by utilizing different failure criteria and stiffness degradation methods are compared. Simulations were performed by utilizing author.s code written in frame of Mathcad.
Analiza wytrzymałościowa laminatów kompozytowych, mimo kilkudziesięciu lat badań naukowych w tym obszarze, wciąż stanowi jeden z głównych problemów naukowych w mechanice kompozytów i nic nie wskazuje, aby w najbliższej przyszłości powstała jednolita i dobrze uzasadniona teoria w tym zakresie. Z tego punktu widzenia każda próba udoskonalenia istniejących metod analizy nośności laminatów, a w szczególności laminatów włóknistych powinna być potraktowana z należną uwagą badaczy. Praca pt. „Analiza nośności laminatów kompozytowych z zastosowaniem energetycznego kryterium wytężeniowego” ma charakter teoretyczno-obliczeniowy i dotyczy nowego podejścia do pewnych aspektów określania nośności laminatów.
EN
The paper deals with theoretical strength analysis of composite laminates. It consists of the three basic parts. In the first one – general formulation of energy based strength criterion, by means of spectral decomposition of elastic compliance tensor by Rychlewski (1984) is presented. Due to this approach, the authors specified a specific form of the criterion for orthotropic fiber-reinforced polymeric matrix laminates. In the second part the authors determined strength criterion for a single laminate’s ply, as well as they obtained critical values of energy relevant for all eigen states of compliance tensor. The last part of paper deals with crucial problem in the strength analysis of laminates, namely with applying an adequate method of modification of the stiffness matrix. This can be done in three ways. In the first one, all elements of the stiffness matrix for damaged ply are assumed to be equal to zero (Total Ply Discount Method). In the second, only those elements are assumed to be equal to zero, which are related with one or the three failure modes: fiber failure, matrix tension and matrix shear failure (Partial Ply Discount Method). The third manner is based on only partial reduction of those elements, which are related with failure modes. In order to use second and third method one need to know of the failure mode. For this reason, laminate strength analysis is in most cases quite difficult. In the present paper, new method of the modification of stiffness matrix is proposed. The main feature of this method is rational reduction of all elements of stiffness matrix of laminate regardless on failure modes with use of proposed damage coefficients. Theoretical results are compared with experimental data taken from literature.
This paper deals with defining the capacity of fibrelaminated composites. It analyses the bahaviour of laminate in the whole amplitude/range of load -from the load damaging the first ply to the finalload. It involves the degradation of the global stiffness matrix due to the modification of stiffness in the subsequent failure plies. The paper employs the approach specified on the general expression by Rychlewski, based on of elastic limit state. The paper proposes a new method of modification of the stiffness matrix, based on specified criterion and the spectral decomposition of the compliance tensor.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In the paper the damage of fiber-reinforced polymeric matrix laminates is considered with the aim to examine the change of their mechanical properties. The damage mode in the form of intralaminar cracks is described in terms of the damage tensor by Vakulenko and Kachanov. The crack discontinuity parameter is estimated in the frames of the linear elastic fracture mechanics. To derive the constitutive relations, which take into account stress, strain and developing damage, an approach based on polynomial invariant functions and irreducible integrity basis by Adkins is employed. Theoretical results are compared with the experimental data obtained for carbon/epoxy laminates.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In the present paper, the damage of fiber-reinforced composite laminates is considered with the aim to examine the change of their mechanical properties. The critical issue for theoretical analysis is to construct constitutive relations, which take into account the development of damage, along with stress and strain. The paper is mainly focused on this problem. In order to derive an adequate description, the author employs an approach based on polynominal invariants integrity basis by Adkins.
PL
Praca dotyczy pękania wewnątrzwarstwowego laminatów kompozytowych o warstwach jednokierunkowo zbrojonych włóknami i jego wpływu na zmianę charakterystyk sztywnościowych. Kluczowe znaczenie dla opisu teoretycznego ma taka konstrukcja równania konstytutywnego, która umożliwia właściwe uwzględnienie uszkodzeń na równi z naprężeniami i odkształceniami. W celu osiągnięcia tego celu, w pracy wykorzystano podejście zaproponowane przez Adkinsa oparte na teorii funkcji wielomianowych i nieredukowalnych baz niezmienniczych.
In the present paper the damage of fiber-reinforced composite laminates is considered with the aim to examine the change of their mechanical properties. The crucial issue for theoretical analysis is to construct constitutive relations, which take into account developing damage, along with stress and strain. The paper is mainly focussed on that problem. In oder to derive the adequate description, an approach based on polynomial invariants functions and invariants integrity basis by Adkins is employed.
PL
Praca dotyczy pękania wewnątrzwarstwowego laminatów kompozytowych o warstwach jednokierunkowo zbrojonych włóknami i jego wpływu na zmianę charakterystyk sztywnościowych. Kluczowe znaczenie dla opisu teoretycznego ma taka konstrukcja równania konstytuowanego, która umożliwia właściwe uwzględnienie uszkodzeń na równi z naprężeniami i odkształceniami. W celu osiągnięcia tego celu, w pracy wykorzystano podejście zaproponowane przez Adkinsa, oparte na teorii funkcji wielomianowych i nieredukowalnych baz niezmienniczych.
In the present paper the damage of composite materials of fiber-reinforced polymeric matrix laminate type is considered with the aim to examine their mechanical properties. The damage mode in the form of intralaminar cracks set is described in terms of second arder, symatrical damage tensor. Such a damage measure allows for considering the orientation of the defect. The crack discontinuity parameter is estimated in frame of the linear elastic facture mechanisc. The results of theoretical analusis are compared with the experimental data for carbon/epoxy laminates of cross and angle-plu stacking sequences.
Praca dotyczy uszkodzeń w kompozytach laminatowych o warstwach z żywicy polimerowej zbrojonej włóknami jednokierunkowymi i wpływu tych uszkodzeń na własności mechaniczne laminatu. Rozpatrywany jest typ uszkodzenia w postaci układu szczelin wewnątrzwarstwowych powstających w matrycy przy obciążeniu rozciągającym. Do jego opisu użyto symetrycznego, II rzędu tensora uszkodzeń zaproponowanego przez Vakulenkę i Kachanowa. Parametr nieciągłości przemieszczenia brzegów szczeliny oszacowano korzystając z rozwiązań liniowej mechaniki pękania. W celu wyznaczenia - wywołanych uszkodzeniami - zmian charakterystyk sprężystych materiału, a mianowicie podłużnego modułu Younga i współczynnika Poissona, zastosowano równania konstytutywne Adkinsa, oparte na teorii nieredukowalnych baz niezmienniczych i funkcji wielomianowych. Rezultaty analizy teoretycznej porównano z wynikami badań wykonanych na próbkach z laminatów carbon/epoxy o poprzecznym i kątowym ułożeniu warstw.
EN
In the present paper the damage of composite materials of fiber-reinforced polymeric matrix laminate type is considered with the aim to examine their mechanical properties. The damage mode in the form of intralaminar cracks set is described in terms of second order, symmetrical damage tensor by Vakulenko and Kachanov. Such a damage measure allows for considering the orientation of the defects, which is determined by the orientation of the constituent layers. The crack discontinuity parameter is estimated in frame of the linear elastic fracture mechanics. To describe the changes of the mechanical properties of a body, i.e. longitudinal Young modulus and Poisson ratio, caused by the damage - the constitutive relations by Adkins, based on the theory of irreducible integrity basis and polynomial functions are employed. The results of theoretical analysis are compared with the experimental data for carbon/epoxy laminates of cross and angle-ply stacking sequences.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.