Analiza naponsko-deformacionog stanja na slobodnim ivicama kompzitnih laminata

Abstract

Naponsko stanje na slobodnim ivicama kompozitnih laminata veoma je složeno i mora se posmatrati kao trodimenzionalno. U ovom radu analizirano je naposnsko-deformaciono stanje na slobodnim ivicama laminata [+θ/-θ]s [0/90]s kao i opšti slučaj simetričnog slaganja laminata opterećenog aksijalnim silama. Pri određivanju naponsko deformacionog stanja koršitena je trodimenzionalna analiza na bazi metode konačnih elementa i prikazano je naponsko stanje na slobodnim ivicama [+θ/-θ]s, [0/90]s i simetričnih laminata. U slučaju [+θ/-θ]s slaganja komponente tangencijalnih napona τzx jednake nuli u većem delu centralnog dela laminata. Približavajući se ivicama, vrednost ovih napona naglo raste dostižući ekstremne vrednosti veoma blizu slobodne ivice. Komponente τxy imaju konstantnu vrednost u većem delu centralne zone laminata, dok se sa približavanjem slobodnoj ivici vrednost naglo smanjuje ka nuli. Kod slaganja [90/0]s tangencijalni naponi τzy dostižu svoje ekstremne vrednosti blizu slobodnih ivica laminata, dok su u centralnoj zoni jednaki nuli. Tangencijalni naponi τzx jednaki su nuli i u centralnoj zoni i na krajevima kod slaganja [90/0]s dok su normalni naponi σz jednaki nuli u centralnoj zoni, a svoje ekstremne vrednosti dostižu blizu slobodne ivice laminata. U opštem slučaju slaganja lamina [+θ/-θ/90/0]s sve tri komponente interlaminarnih napona (σz, τzy, τzx) postoje blizu slobodnih ivica. Veličine i raspodela ovih napona zavise od načina slaganja lamina. Na osnovu ovih rezultata kao i poznatih kriterujuma Tsai-a, Brewer- Laglace-a i Kim- Soni-a prikazan je metod predviđnja delaminacije kompozitnih lamina.

Stress-strain state at free edges of composite laminates is very complex and has to be analyzed as threedimensional. In this paper stress-strain state at free edges of [+θ/-θ]s, [0/90]s and symmetric laminates, axially loaded, was analyzed. In order to determine stresses and strains at free edges of [+θ/-θ]s, [0/90]s and symmetric composite laminates 3D finite element method was used and the results are presented. In the case of [+θ/-θ]s stacking sequence, shear stresses τzx are zero over most of the central region and peaking near the free edges. Τxy shear stresses are constant over most of the central region and drop to zero near free edges. In the case of crossply laminates shear stresses τzy peak at free edges, while being zero in the central region. Shear stress τzx are zero near the edge and in the central region, while normal stress σz are zero in the central region peaking at the free edge. In the case of a general multidirectional laminate all three types of interlaminar stresses (σz, τzy, τzx) are generated near free edges and the magnitude and distribution of these stresses depends greatly on the stack up sequence. Based on results obtained and Tsai, Brewer- Laglace and Kim- Soni criteria the occurrence of delimitation was predicted.