付録 D: 織物材料ファイルの Knee 強度を指定するための追加情報

複合材料の破損解析で多重連続体理論(MCT)を使用する主な利点の 1 つは、破損基準を個別の複合材料構成に適用できることです。構成破損が予測される場合、複合材料の剛性は、破損した構成のみの剛性低減と一貫した方法で劣化します。この方法は計算効率に優れ、複合材料破損に対応する最も直感的な方法ですが、織物複合材には特定の課題があります。それは、標準テスト データが母材構成の破損に関する情報を提供しないことです。データシートで一般的に報告される引張、圧縮、せん断強度は、最終的な繊維破損に対応しています。

この課題を克服するために、一般的に「Knee 強度」と呼ばれるものを使用して母材の特性を指定します。Knee 強度は、実験的に広く観測され[1-11]、応力-ひずみ曲線の勾配が変化するときの標準の引張、圧縮、せん断テスト内の単純な応力レベルです。この勾配の変化は、荷重に対して横方向のけん引間の母材の破損から発生し、音響放出研究で([1,7,11]など)検証されています。引張または圧縮荷重に対する理想的な動作を次に示します。ここで、応力とひずみはそれぞれの最終的な破損レベルによって正規化されています。最初に、Knee 強度まで線形応答が観察されます。Knee 後の動作は、剛性低減に応じて異なります。赤色および黒色の曲線は、それぞれ 10% と 20% の剛性低減に対応します。破線曲線は Knee が観測されない場合の動作を示します。曲線をサッと見るだけでは、Knee がすぐには明白ではない場合があることに注意してください。

knee strength

織物複合材料のせん断動作は、非線形弾性動作が存在するため複雑になります。よって、引張または圧縮テストの場合とは異なり、Knee 強度は厳密には定義されていません。ここでの Knee 強度の選択は、エンジニアリング的な判断の問題です。次の曲線は、典型的なせん断応力-ひずみ曲線のほか、Knee 強度の選択に関する推奨範囲を示しています。

shear

ここで示すように、織物単層では Knee 強度は引張、圧縮、せん断応力-ひずみ曲線を確認することで取得できます。ただし、これらの曲線にアクセスできない場合があります。Knee 強度が不明である場合、Composite Material Manager では、織物複合材料で母材破損を取得できるように、適切な Knee 強度を即座に自動的に計算できます。現在使用されている自動計算は、せん断 Knee 強度が最大せん断強度の 75% であると仮定することで開始します。引張と圧縮の Knee 強度は、ガラス/エポキシ織物ではそれぞれの最大強度の 75%、炭素/エポキシ織物ではそれぞれの強度の 85% と見なします。この初期化後、母材の横方向引張応力がせん断破損ではなく引張破損を確実に引き起こすように、引張 Knee 強度を調整します。Knee 強度が不明である場合は、Composite Material Manager の自動計算を使用することを強くお勧めします。

破損前非線形性機能がアクティブになっている場合は、面内せん断 Knee 点強度(S12k)を対応する最大強度(S12)と同じ値に設定することをお勧めします。 破損前非線形性の計算では、最大強度を使用して、非線形縦方向せん断応答の区分表現の位置合わせを行います。Knee 点強度が最大強度を大きく下回る場合、区分表現は非線形せん断の実験データにも従いません。

注: Knee 強度の自動計算は、解析中に即座に実行されます。Composite Material Manager で Knee 強度をゼロのままにしておくと、Knee 強度は解析中に自動的に計算されますが、Composite Material Manager の GUI には表示されません。解析に使用される Knee 強度を表示するには、.mct ファイルで確認します。

参考文献

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