この問題の例は、グローバルな構造破損が発生するまで単調に増加する準静的軸方向の圧縮荷重を受ける、円錐形の複合材料サンドイッチ構造で構成されています。
この問題の例は、複合材料構造の飛行能力テストの一部である荷重がコントロールされたテストに類似しています。下図では有限要素メッシュを使用して、円錐形の複合材料構造、荷重先頭、荷重先頭アダプタを表しています。
4 つのアクチュエータを使用して、円錐形構造(上図)の上部にある荷重先頭に集中した垂直方向の圧縮力を適用しています。次の表は、荷重先頭の 4 つの位置それぞれに適用される圧縮力の一覧です。これらの力は均一な垂直方向の圧縮荷重になり、100% の荷重は 200,000 lbs の垂直方向の合計圧縮力に対応しています。
- 荷重単位は kip
- 荷重は準静的で線形に増加する
- 負の記号は圧縮力を示す
アダプタを使用して、荷重先頭と円錐形構造を接続します。分かり易くするため、複合材料円錐形と比較して、アダプタと荷重先頭は剛体とみなします。したがって、任意に大きな弾性率が荷重先頭とアダプタ両方に使用される等方性材料に割り当てられています。上の図に示すように、アクセス ドアは円錐形構造の側面を切り抜いています。円錐形構造の境界条件は、固定の境界条件を使用して(1、2、3 方向の変位がゼロの変位となるように拘束)、円錐構造の下部サーフェス全体を拘束することで指定されています。
複合材料の円錐形構造は、サンドイッチ パネル構造の特徴を備えています。サンドイッチ パネル(下図)の厚さ方向のプロファイルは、フープおよび円錐の軸方向で均一になります。サンドイッチ構造の内側および外側の複合材料面シートには、内側サーフェスから測定して [(90/0)4] のレイアップがあります(軸方向は0°、フープ方向は90°)。各複合材料層は 0.0075 インチの厚さで、炭素/エポキシ AS4-3501-6 で構成されます。1 インチの厚さのコアは、等方性フォーム材料(Rohacell 110 WF)です。
AS4-3501-6 と Rohacell 110 WF の材料特性を次に示します。破損後剛性率は、母材破損には 0.1 を使用し、繊維破損には 0.01 を使用します。
下図には、複合材料の円錐形構造寸法が示されています。
