破損前非線形性(非線形縦方向せん断応答)
複合材料の非線形縦方向せん断応答の影響を確認します。
最終的な破損前では、複合材料は通常、垂直応力/ひずみ応答に対する非線形性をほとんど示しません。しかし、せん断応力/ひずみ応答に対しては通常、最終的な破損前に著しい非線形性を示します。この非線形性は、縦方向せん断応答(つまり、
対 
および 
対 
)の場合に特に顕著になります。
複合材料の非線形縦方向せん断動作は、繊維構成には損傷がない状態で、母材構成に初期微小亀裂が累積されることで発生すると考えられます。さらに、母材構成での初期微小亀裂の累積は、母材構成の縦方向せん断係数の進行性劣化、および複合材料の対応する縦方向せん断係数の進行性劣化を引き起こし、残りの複合材料または構成の係数に影響を与えることはありません。
この非線形縦方向せん断動作が重要である場合、Helius PFA では母材構成および複合材料両方の応答に、非線形縦方向せん断軟化を組み込んだ破損前非線形性機能を利用できます。計算の便宜とアルゴリズムの単純化を目的として、母材の平均縦方向せん断弾性率(
と 
)および複合材料の平均縦方向せん断弾性率(
と 
)の劣化は、連続劣化としてモデリングされません。母材構成破損の検出前に発生する一連の個別の低減として適用されます(このため、破損前非線形性という名前で呼ばれます)。3 つの個別の低減は一方向複合材料に適用され、6 つの個別の低減は織物複合材料に適用されます。母材の平均縦方向せん断弾性率( と )の個別の低減はすべて、複合材料の平均縦方向せん断弾性率( と )の個別の低減と(MCT の意味で)一致する必要があります。複合材料特性は、異種ミクロ構造の均質化によって取得されるからです。
破損前非線形性機能の実行手順の説明については、「一方向複合材料の損傷状態」セクションのプロット A を参照してください。任意の母材構成または繊維構成の破損前に発生する初期線形弾性領域(損傷状態 1 とラベル)に焦点を当てます。上述したように、母材破損前の線形弾性応答は垂直応力に対して妥当です。しかし、複合材料の縦方向せん断剛性は、母材破損前にかなりの量の軟化を示します。
一方向複合材料
上記のプロット A の「損傷状態 1」というラベルの付いた領域内では、Helius PFA の破損前非線形性機能は、縦方向せん断応答の 4 セグメント、区分線形表現(つまり、 対 および 対 )を使用します。残りの 4 つの応力成分とひずみ成分の元の線形弾性応答は維持されます。次のプロットは、複合材料の平均縦方向せん断応答( 対 および 対 )の性質を示す図です。一方向複合材料で Helius PFA の破損前非線形性機能が呼び出されたときに発生します。このプロットでは、母材構成や繊維構成の破損前に、複合材料の平均縦方向せん断弾性率( および )で一連の 3 つの個別の低減が行われています。 と の個別の低減はすべて母材の平均縦方向せん断弾性率 と の一定の差で生成されます。その他のすべての母材と繊維構成のプロパティは一定のままです。この手順は、完全な母材のせん断破損前に発生する、初期微小亀裂の段階的な累積をシミュレーションするためのものです。
織物複合材料
上記のプロット A の「損傷状態 1」というラベルの付いた領域内では、Helius PFA の破損前非線形性機能は、縦方向せん断応答の 7 セグメント、区分線形表現(つまり、 対 および 対 )を使用します。残りの 4 つの応力成分とひずみ成分の元の線形弾性応答は維持されます。次のプロットは、複合材料の平均縦方向せん断応答( 対 および 対 )の性質を示す図です。織物複合材料で Helius PFA の破損前非線形性機能が呼び出されたときに発生します。このプロットでは、母材構成や繊維構成の破損前に、複合材料の平均縦方向せん断弾性率( および )で一連の 6 つの個別の低減が行われています。 と の個別の低減はすべて、母材の平均縦方向せん断弾性率 と の一貫した個別の低減によって生成されます。他のすべての母材と繊維構成特性は一定のままです。この手順は、完全な母材のせん断破損前に発生する、初期微小亀裂の段階的な累積をシミュレーションするためのものです。
および に対して強制される部分的な低減と、これらの低減が強制されるときの母材の平均縦方向せん断応力(
および 
)のレベルを識別する 6 つの追加情報(つまり 6 つの定数)のみが必要です。当然ながら、これらの定数の決定には、対象の複合材料の測定縦方向せん断応力/ひずみ曲線(例: 対 )が必要です。この機能を使用しても、母材破損の発生時のせん断応力レベルは変更されないことに留意してください。ただし、母材破損前に発生するせん断変形の量は増加します。