Puck 基準

Puck 基準は、一方向複合材料の繊維破損および繊維間破損を識別します。

また、Puck 基準は繊維破損を 2 つの異なる物理的モードに分離します。Puck 破損基準を使用するには、次の 2 つの情報を指定する必要があります。

繊維破損

Puck 基準は、繊維破損の 2 つの異なるモードを認識します。1 つ目は引張破損で、2 つ目は圧縮「繊維よじれ」破損です。繊維の引張破損基準は、次の方程式で示します。

圧縮「繊維よじれ」破損は、次の方程式で示します。

上記の繊維破損基準では、

複合材料の縦方向引張および圧縮破損にそれぞれ対応する複合材料のひずみ。
複合材料の一軸ひずみ。
繊維の縦方向ポアソン比。
繊維の縦方向引張係数。
複合材料の横方向応力。
複合材料の縦方向せん断ひずみ。
繊維および母材における横方向応力の違いを捉えることを目的とします。 炭素繊維に対しては で、ガラス繊維に対しては です。

上記の方程式において、 の場合は引張方程式が評価され、 の場合は圧縮基準が評価されます。

繊維間破損(母材亀裂)

Puck 基準では、繊維間破損は母材亀裂または繊維/母材はく離を含みます。Puck 基準は、モード A、B、C と呼ばれる 3 つの異なる繊維間破損モードを認識します。これらの繊維間破損モードは、強化繊維に対する破断面の方向によって識別されます。

繊維間破損モード A:

モード A は、0° の破断角度に対応します。この基準は、複合材料の横方向応力がゼロ(横方向荷重に対して垂直な横方向亀裂を示す)よりも大きい場合に呼び出されます。

繊維間破損モード B:

モード B は、破断抵抗(実験定数と結合)よりも低い縦方向せん断応力を持つ横方向圧縮応力(亀裂形成を抑制)に対応します。

上記の基準は、次の場合に評価されます。

繊維間破損モード C:

モード C は、繊維軸に対して傾斜した面に破断を発生させるのに十分に大きな縦方向せん断応力を持つ横方向圧縮応力(亀裂形成を抑制)に対応します。モード C の破損基準は、次のとおりです。

上記の基準は、次の場合に評価されます。

繊維間破損基準で使用される係数と用語の説明

以降の説明では次を使用します。

複合材料の横方向引張強度。
横方向圧縮強度。
破損エンベロープの勾配。

と 間の接続を確立するには、次の関係が保持されると仮定します。

したがって、 は次の方程式で求められます。

ここで、 は S21 と同じであると仮定され、 は次のように表すことができます。

Puck と Mannigal (2007)は、 と に対して次の推奨値を提供しています。

また、Puck は を次のように定義しています。

最後に、 を定義する必要があります。これは、個別の繊維の繊維破損前破断を可能にする複合材料内の「劣化した」応力です。これにより、これらの領域に微小亀裂およびはく離の形でローカルの損傷が発生します。この軟化の影響を考慮するために、Puck は軟化係数 によって破断抵抗(R)を劣化します。Puck はこれに対して 2 つの方程式を定義します。1 つ目の方程式は、一般化された軟化係数です。

2 つ目の方程式は、破断条件を均一に維持するための軟化係数の別の式を指定するもので、応力に対して最初の次数になります。

Helius PFA での Puck 基準の実行では、3D 応力状態の面内応力成分のみを使用します。この場合、破断面には実行される反復計算がないため、上記の 2 つの方程式は同等の式である必要があります。したがって、次のように表すことができます。

Puck の推奨事項に基づいて、Helius PFA は指数に n=6 を使用し、 の符号に応じて を 1.1XT または -1.1XC として経験的に計算します。

注意すべき点は、Helius PFA での Puck 基準の実行では、3D 応力とひずみ状態の面内成分のみを使用するということです。つまり、σ13、σ23、σ33 は材料破損を評価するために使用されません。

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