Matematický popis fenoménu transverzálního praskání v CFRP laminátových deskách

Abstract

Předložená práce se zaměřuje na analýzu a srovnání analytických modelů pro výpočet napěťového pole a pole posuvů v kompozitních laminátech se skladbou 0/90/90/0 s trhlinou v 90° vrstvě. Pro uvedené účely byly vybrány parabolický model, model variačního přístupu a model progresivního smyku. Rozsáhlá parametrická studie analyzuje chování výše uvedených modelů pro konkrétní skladbu laminátu [0/90] a hustotu trhlin, přičemž jako referenční hodnoty slouží výsledky získané metodou konečných prvků (MKP). Výsledky poukazují na vhodnost modelu progresivního smyku a variačního přístupu, jenž lépe popisují napěťové pole v 0° vrstvě. Rozložení napětí v 90° vrstvě je lépe popsáno parabolickým modelem. V práci jsou popsány oblasti použitelnosti různých modelů pro zvolené kombinace parametrů, popisující míru poškození příčné vrstvy a skladbu kompozitu. Součástí práce je rovněž metodika experimentálního určení mechanických vlastností zkoumaného kompozitního materiálu.

This paper focuses on the analysis and comparison of analytical models for calculating the stress field and strain field in 0/90/90/0 composite laminates with a crack in the 90° ply. For this purpose, a parabolic model, a variational model, and a progressive shear model were selected. An extensive parametric study analyzes the behavior of the mentioned models for a specific [0/90] laminate configuration and crack density, using results obtained by the finite element method (FEM) as reference values. The results indicate the suitability of the progressive shear model and the variational approach, which better describe the stress field in the 0° layer. The stress distribution in the 90° layer is better described by a parabolic model. The paper describes the areas of applicability of various models for selected combinations of parameters, describing the degree of damage to the transverse layer and the composite configuration. The paper also includes a methodology for the experimental determination of the mechanical properties of the investigated composite material.