Verwenden Sie ein Lastverschiebungsdiagramm, um zu bestimmen, wann das globale Versagen auftritt.
Im vorherigen Abschnitt haben wir Konturendiagramme verwendet, um die Verteilung der diskreten Verbundwerkstoffausfallzustände (SV2) innerhalb einer Verbundstruktur zu untersuchen. In der Abbildung dieser Konturendiagramme kann man erkennen, dass jeder beschädigte Bereich Materialien darstellt, deren Steifheit erheblich verringert wurde. Darüber hinaus lässt sich bei der Untersuchung der Änderungen, die in diesen Konturendiagrammen mit der Zeit stattfindenden, deutlich die Überlappung der lokalisierten Materialausfälle erkennen, die während einer progressiven Schadensanalyse auftreten. Allerdings liefert die Betrachtung der Verteilung des Materialausfalls keinen Hinweis auf die allgemeinen Auswirkungen des Materialausfalls auf die globale Steifheit der Struktur. Außerdem ist es nicht möglich, ein globales Strukturversagen durch eine bloße Überprüfung der Verteilung des Materialausfalls auf die Struktur zu erkennen.
Um ein globales Strukturversagen zu erkennen oder um eine bestimmte Schadensverteilung einer Verringerung der gesamten Steifheit zuzuordnen, muss man zunächst die Beziehung zwischen der globalen Strukturkraft und der globalen Strukturverformung untersuchen. Diese Beziehung lässt sich am besten mithilfe eines einfachen zweidimensionalen Diagramms der Kraft und Verformung untersuchen. Der entscheidende Punkt ist jedoch die Auswahl eines geeigneten Maßes für die globale Strukturkraft und die globale Strukturverformung.
Nehmen Sie als Beispiel die unten gezeigte 8-lagige Verbundplatte. Beachten Sie, dass genau das gleiche Problem der Verbundplatte bereits im vorherigen Abschnitt untersucht wurde. Da diese Verbundplatte einer gleichmäßigen axialen Verschiebung entlang der oberen Kante der Platte unterzogen wird, dient die Verschiebung als ein geeignetes Maß für die gesamte Strukturverformung der Platte. Auf ähnliche Weise dient die gesamte axiale Reaktionskraft entlang der oberen Kante der Platte als geeignetes Maß für die globale Strukturkraft in der Platte. Diese gesamte Reaktionskraft wird erzielt, indem man die Reaktionskräfte für alle Knoten auf der oberen Kante der Platte zusammenfasst (Weitere Informationen finden Sie in der zweiten Abbildung unten). Die dritte Abbildung zeigt ein Diagramm der globalen Strukturkraft und globalen Strukturverformung für die Verbundplatte.
Beginnend mit einer erzwungenen Verschiebung von 0.13 kommt es sehr schnell zur einer Beeinträchtigung der gesamten Sekantensteifheit. Wenn die axiale Verschiebung weiter erhöht wird, kann die Struktur der zusätzlichen Verschiebung nicht mithilfe von zusätzlicher Strukturkraft standhalten.
Eine Untersuchung des Last-Ablenkungs-Diagramms zeigt, dass die globale Kraft-/Verschiebungsreaktion der Verbundstruktur linear bleibt, bis die erzwungene Verschiebung einen Wert von ca. 0.095 erreicht. Wenn wir Teil C der Konturendiagramme im vorherigen Abschnitt untersuchen, sehen wir interessanterweise, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem die erzwungene axiale Verschiebung den Wert 0.08 erreicht, die Verbundplatte einen beträchtlichen Matrixkonstituentenausfall entlang der vertikalen Kanten der kreisförmigen Bohrung akkumuliert hat. Die Größe des Matrixkonstituentenausfalls ist jedoch nicht ausreichend für visuell erkennbare Auswirkungen auf die globale Steifheit der Verbundplatte. Wenn die erzwungene Verschiebung von 0.095 auf ca. 0.13 erhöht wird, erfährt die globale Steifheit der Verbundplatte eine erkennbare Verringerung im obigen Lastverschiebungsdiagramm. Die Struktur kann jedoch immer noch auf die erhöhte Verschiebung mit einer erhöhten Strukturkraft reagieren.
Bei Untersuchung von Bauteil D der Konturendiagramme im vorherigen Abschnitt sehen wir, dass bei einer erzwungenen Verschiebung von 0.112 die Verbundplatte einen kleinen Faserkonstituentenausfall entlang der vertikalen Kanten der kreisförmigen Bohrung aufweist. Beachten Sie, dass dieser lokalisierte Faserkonstituentenausfall noch nicht verhindert hat, dass die Verbundplatte auf die erhöhte Verschiebung mit verstärkter Strukturkraft reagiert. Wenn die erzwungene Verschiebung ca. 0.133 erreicht, weist die globale Steifheit der Verbundplatte eine spürbare Reduktion auf und weist so auf eine erhebliche Überlappung der lokalisierten Faserkonstituentenausfälle hin (d. h., ein größeres Ausfallereignis ist aufgetreten). Wenn die erzwungene Verschiebung über 0.133 erhöht wird, reagiert die Verbundplatte auf die erhöhte Verschiebung nicht mehr mit einer erhöhten Strukturkraft. Stattdessen bleibt die gesamte Strukturkraft in der Verbundplatte relativ konstant, was bedeutet, dass die Ausbreitung der lokalisierten Ausfälle zu schnell erfolgt, um zusätzliche Strukturkraft zu erzeugen. Wie man jedoch bereits an den zwei gestrichelten Linien im Lastverschiebungsdiagramm oben gesehen hat, verringert sich die gesamte Sekantensteifheit der Verbundplatte weiter, obwohl die gesamte Strukturkraft relativ konstant bleibt.
Es gibt viele Möglichkeiten zum Definieren des globalen Strukturversagens. Welcher Punkt genau ein globales Strukturversagen signalisiert, hängt vom Verwendungszweck der Verbundplatte ab. Hier hervorgehoben werden sollte, dass die Erkennung von globalem Strukturversagen eine Prüfung der globalen Strukturkraft und globalen Strukturverformung erfordert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Konturendiagramme der MCT-Zustandsvariablen (insbesondere SV2) ein klares Bild über das Ausmaß der lokalisierten Ausfälle zu einem bestimmten Zeitpunkt liefern. Um die Schadensverteilungen mit der verringerten gesamten Steifheit der Verbundstruktur in Beziehung zu setzen, müssen Sie die Diagramme von globaler Strukturkraft und globaler Strukturverformung untersuchen. Auf diese Weise können Sie die beobachteten Änderungen bei der globalen Steifheit der Struktur bestimmten Schadensverteilungen zuordnen.