ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ КРИТЕРІЇВ РУЙНУВАННЯ АНІЗОТРОПНИХ ШАРУВАТИХ КОМПОЗИТІВ: ВІД КРИХКОГО ПОЧАТКУ ДО ПРОГРЕСИВНИХ ПОШКОДЖЕНЬ В АЕРОКОСМІЧНИХ СТРУКТУРНИХ ЕЛЕМЕНТАХ
DOI:
https://doi.org/10.32782/2220-8674-2026-16-1-18Ключові слова:
критерії руйнування, прогресивні пошкодження, CFRP, критерій Хашина, Цай-Ву, делінація, модель когезійної зони, живучість конструкції, аерокосмічні композитиАнотація
Аерокосмічні композитні конструкції традиційно аналізуються з використанням критеріїв руйнування першого шару (FPF), які прирівнюють початкове пошкодження шару до руйнування всієї конструкції, що призводить до неконсервативного завищення прогнозованих навантажень руйнування на 23 % для квазіізотропних ламінатів з вуглецевого волокна (CFRP). У роботі систематично порівнюються п’ять відомих критеріїв руйнування – максимальних напружень, максимальних деформацій, Цая-Хілла, Цая-Ву та Хашина – для аерокосмічно-репрезентативних конфігурацій укладання. Критерій Хашина прогнозує критичне зсувне напруження на 5 % нижче за поріг методу максимальних напружень завдяки механізму зв’язаного руйнування матриці при зсуві та поперечному навантаженні. Тристадійна модель прогресивного пошкодження, що відстежує мікротріщини матриці, відшарування на межі розділу та делінацію в когезійній зоні, відтворює граничні навантаження руйнування з відхиленням менше 0,5 % від експериментальних значень за ASTM D3039
Посилання
Soutis C. Fibre reinforced composites in aircraft construction. Progress in Aerospace Sciences. 2005. Vol. 41, No. 2. P. 143–151. DOI: 10.1016/j.paerosci.2005.02.004
Mouritz A. P. Introduction to Aerospace Materials. Cambridge : Woodhead Publishing, 2012. 638 p.
Hinton M. J., Kaddour A. S., Soden P. D. (eds.). Failure Criteria in Fibre-Reinforced Polymer Composites: The World-Wide Failure Exercise. Oxford : Elsevier, 2004. 1259 p.
Hashin Z. Failure criteria for unidirectional fibre composites. Journal of Applied Mechanics. 1980. Vol. 47, No. 2. P. 329–334. DOI: 10.1115/1.3153664
Puck A., Schurmann H. Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models. Composites Science and Technology. 1998. Vol. 58, No. 7. P. 1045–1067. DOI: 10.1016/S0266-3538(96)00140-6
Davila C. G., Camanho P. P., Rose C. A. Failure criteria for FRP laminates. Journal of Composite Materials. 2005. Vol. 39, No. 4. P. 323–345. DOI: 10.1177/0021998305046452
Tsai S. W., Wu E. M. A general theory of strength for anisotropic materials. Journal of Composite Materials. 1971. Vol. 5, No. 1. P. 58–80. DOI: 10.1177/002199837100500106
Catalanotti G., Camanho P. P., Marques A. T. Three-dimensional failure criteria for fibre-reinforced laminates. Composite Structures. 2013. Vol. 95. P. 63–79. DOI: 10.1016/j.compstruct.2012.07.016
Ladeveze P., Le Dantec E. Damage modelling of the elementary ply for laminated composites. Composites Science and Technology. 1992. Vol. 43, No. 3. P. 257–267. DOI: 10.1016/0266-3538(92)90097-M
Maimi P., Camanho P. P., Mayugo J. A., Davila C. G. A continuum damage model for composite laminates: Part I –Constitutive model. Mechanics of Materials. 2007. Vol. 39, No. 10. P. 897–908. DOI: 10.1016/j.mechmat.2007.03.005
Alfano G., Crisfield M. A. Finite element interface models for the delamination analysis of laminated composites. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2001. Vol. 50, No. 7. P. 1701–1736. DOI: 10.1002/nme.93
Turon A., Camanho P. P., Costa J., Davila C. G. A damage model for the simulation of delamination under variable-mode loading. Mechanics of Materials. 2006. Vol. 38, No. 11. P. 1072–1089. DOI: 10.1016/j.mechmat.2005.10.003
Daniel I. M., Ishai O. Engineering Mechanics of Composite Materials. 2nd ed. New York : Oxford University Press, 2006. 432 p.
Kaddour A. S., Hinton M. J., Soden P. D. A comparison of the predictive capabilities of current failure theories for composite laminates. Composites Science and Technology. 2004. Vol. 64, No. 3–4. P. 449–476. DOI: 10.1016/
S0266-3538(03)00316-5
ASTM D3171-22. Standard Test Methods for Constituent Content of Composite Materials. West Conshohocken : ASTM International, 2022.
Bohse J. Acoustic emission in delamination investigation. Composites Science and Technology. 2000. Vol. 60, No. 6. P. 1225–1235. DOI: 10.1016/S0266-3538(00)00060-9
Highsmith A. L., Reifsnider K. L. Stiffness-reduction mechanisms in composite laminates. ASTM STP 775. West Conshohocken : ASTM International, 1982. P. 103–117.
ASTM D5528-13. Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites. West Conshohocken : ASTM International, 2013.
ASTM D6671/D6671M-13. Standard Test Method for Mixed Mode I-Mode II Interlaminar Fracture Toughness. West Conshohocken : ASTM International, 2013.
Wisnom M. R. The role of delamination in failure of fibre-reinforced composites. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2012. Vol. 370, No. 1965. P. 1850–1870. DOI: 10.1098/rsta.2011.0441
Camanho P. P., Davila C. G., de Moura M. F. Numerical simulation of mixed-mode progressive delamination in composite materials. Journal of Composite Materials. 2003. Vol. 37, No. 16. P. 1415–1438. DOI:10.1177/0021998303034505
Talreja R., Singh C. V. Damage and Failure of Composite Materials. Cambridge : Cambridge University Press, 2012. 312 p. DOI: 10.1017/CBO9781139016063
Aboudi J., Arnold S. M., Bednarcyk B. A. Micromechanics of Composite Materials. Oxford : Elsevier, 2013. 984 p.
Beaumont P. W. R., Soutis C., Hodzic A. (eds.). The Structural Integrity of Carbon Fibre Composites. Cham : Springer, 2017. 786 p. DOI: 10.1007/978-3-319-46120-5
ASTM D3039/D3039M-17. Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. West Conshohocken : ASTM International, 2017.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
