Untersuchen Sie die Beziehung zwischen der globalen Strukturkraft und der globalen Strukturverformung.

Im vorherigen Abschnitt haben wir Farbkonturdiagramme zur Untersuchung der Verteilung des diskreten Verbundausfallzustands (SVAR1) innerhalb einer Verbundstruktur verwendet. Wenn wir uns diese Konturdiagramme ansehen, können wir erkennen, dass jeder der beschädigten Bereiche Material darstellt, dessen Steifheit erheblich degradiert ist. Außerdem kann durch Untersuchen der Änderungen, die im Laufe der Zeit in diesen Konturendiagrammen auftreten, die Kaskade von lokalisiertem Materialausfall deutlich gesehen werden, die während einer progressiven Schadensanalyse auftritt. Allerdings gibt die Verteilung des Materialversagens keinen Hinweis zur Gesamtauswirkung des Materialversagens auf die globale Steifheit der Struktur. Außerdem ist es unmöglich, globales Strukturversagen durch einfaches Untersuchen der Verteilung des Materialversagens über die Struktur zu erkennen.

Um globales Strukturversagen zu erkennen oder eine bestimmte Verteilung der Schädigung mit einer Abnahme der Gesamtstruktursteifheit zu verknüpfen, müssen wir zunächst die Beziehung zwischen der globalen Strukturkraft und der globalen Strukturverformung untersuchen. Dieser Beziehungstyp wird am besten mithilfe eines einfachen 2D-Diagramms aus Kraft im Vergleich zur Verformung untersucht. Der entscheidende Punkt ist jedoch die Auswahl eines geeigneten Maßes für die globale Strukturkraft und die globale Strukturverformung.

Nehmen wir als Beispiel eine Verbundplatte aus 8 Lagen, wie unten angezeigt. Beachten Sie, dass es sich hierbei um das gleiche Verbundplattenproblem handelt, das wir vorher untersucht haben. Wie im vorherigen Abschnitt gesehen, wird die Verteilung der Schäden in Lage 3 der Verbundplatte zu verschiedenen Zeitpunkten im Verlauf der Analyse gezeigt. Durch einfaches Anzeigen der Konturdiagramme gewinnen wir jedoch keinen Einblick, wie jede einzelne Schadensverteilung die globale Struktursteifheit der Verbundplatte beeinflusst. Um die Degradation der globalen Struktursteifheit zu verstehen, wenn sich lokalisierte Ausfälle über die Verbundplatte verteilen, wollen wir ein einfaches zweidimensionales Diagramm von globaler Strukturkraft zu globaler Strukturverformung untersuchen. Da diese Verbundplatte einer gleichmäßigen axialen Verschiebung entlang der oberen Kante der Platte ausgesetzt ist, dient die erzwungene axiale Verschiebung als geeignetes Maß für die Gesamtstrukturverformung in der Platte. Die Gesamtaxialreaktionskraft entlang der oberen Kante der Platte dient in ähnlicher Weise als geeignetes Maß der globalen Strukturkraft in der Platte. Diese Gesamtreaktionskraft wird erzielt, indem die Knotenreaktionskräfte für alle Knoten auf der oberen Kante der Platte addiert werden (siehe zweite Abbildung unten). Die dritte Abbildung unten zeigt ein Diagramm der globalen Strukturkraft im Vergleich zur globalen Strukturverformung für die Verbundplatte.

Ab einer erzwungenen Verschiebung von 0.0912 beginnt die Gesamtsekantensteifheit der Struktur stark abzunehmen. Ab diesem Punkt kann bei weiterer steigender erzwungener axialer Verschiebung die Struktur der zusätzlichen Strukturkraft nicht mehr widerstehen.

Eine Untersuchung des Last-Verschiebungs-Diagramms ergibt, dass die globale Kraft-/Verschiebungsreaktion der Verbundstruktur linear bleibt, bis die erzwungene Verschiebung einen Wert von ungefähr 0.0912 erreicht. Wenn wir die Konturdarstellung im vorherigen Abschnitt untersuchen, sehen wir, dass zum Zeitpunkt, zu dem die erzwungene axiale Verschiebung den Wert 0.084 erreicht hat, die Verbundplatte inzwischen ein erhebliches Matrixkonstituentenversagen entlang der vertikalen Kanten der kreisförmigen Bohrung aufweist. Dieses Maß an Matrixkonstituentenversagen ist jedoch nicht ausreichend, um eine visuell erkennbare Auswirkung auf die globale Steifheit der Verbundplatte zu erreichen.

Sobald die erzwungene Verschiebung von 0.084 auf etwa 0.096 erhöht wird, erfährt die globale Steifheit der Verbundplatte eine drastische Reduktion (wie im Last-Verschiebungs-Diagramm gezeigt), was auf eine erhebliche Kaskadierung von lokalisierten Faserkonstituentenausfällen hinweist (d. h., ein größeres Ausfallereignis ist aufgetreten). Bei der Untersuchung der Konturdiagramme sehen wir, dass an der Verbundplatte bei einer erzwungenen Verschiebung von 0.096 ein erhebliches Maß an Faserkonstituentenversagen entlang der vertikalen Kanten der kreisförmigen Bohrung entstanden ist. Wenn die erzwungene Verschiebung auf über 0.096 erhöht wird, reagiert die Verbundplatte nicht mehr auf die erhöhte Verschiebung mit zunehmender Strukturkraft. Stattdessen bleibt die gesamte Strukturkraft in der Verbundplatte relativ konstant, was bedeutet, dass die Ausbreitung der lokalisierten Ausfälle zu schnell verläuft, um eine zusätzliche Strukturkraft aufzubauen. Wie aus den beiden gestrichelten Linien im obigen Diagramm ersichtlich ist, nimmt die Gesamtsekantensteifheit der Verbundplatte jedoch trotz der Tatsache weiter ab, dass die Gesamtstrukturkraft relativ konstant bleibt.

Es gibt viele Möglichkeiten zum Definieren von globalem Strukturversagen. Welcher Punkt genau ein globales Strukturversagen signalisiert, hängt vom Verwendungszweck der Verbundplatte ab. Hier sollte hervorgehoben werden, dass zum Erkennen eines globalen Strukturausfalls eine Untersuchung der globalen Strukturkraft im Vergleich zur globalen Strukturverformung erforderlich ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ihnen Konturdiagramme der MCT-Zustandsvariablen (besonders SVAR1) eine klare Vorstellung vom Ausmaß der lokalisierten Ausfälle zu einem bestimmten Zeitpunkt geben. 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 beobachtete Änderungen bei der globalen Steifheit der Struktur mit bestimmten Schadensverteilungen in Verbindung bringen.