グローバルな構造力とグローバルな構造変形間の関係を確認します。

前のセクションでは、複合材料構造内の個別の複合材料の破損状態(SVAR1)の分布を確認するために、色のコンター プロットを使用しました。これらのコンター プロットを表示すると、損傷した各領域は、剛性が著しく劣化した材料を表すことが分かります。さらに、これらのコンタ プロットの変化を時間を追って調べると、局所的な材料破損が進行性破損解析中に重なり合って発生していることがわかります。ただし、材料破損の分布を見ても、材料破損が構造のグローバル剛性に与える全体的な影響を確認することはできません。さらに、単に構造上の材料破損の分布を確認するだけでは、グローバルな構造破損を検出できません。

グローバルな構造破損を検出する、または特定の損傷分布と全体的な構造剛性の低減とを関連付けるには、まず、グローバルな構造力とグローバルな構造変形間の関係を確認する必要があります。このタイプの関係を調査するには、力と変形の単純な 2D プロットを使用するのが最良の方法です。ただし、重要な問題はグローバルな構造力とグローバルな構造変形のそれぞれの適切な測定基準を選択することです。

例として、次に示す 8-層複合材料プレートを検討してみましょう。これは以前に検証した、同じ複合材料プレートの問題です。前のセクションで示したように、この複合材料プレートの層 3 内の損傷分布は、解析の時間の経過につれていくつかの異なる点で示されます。しかし、単にコンター プロットを表示するだけでは、それぞれの損傷分布が複合材料プレートのグローバルな構造剛性にどのような影響を与えているかを理解することはできません。局所的な破損が複合材料プレート全体に広がる場合のグローバルな構造剛性の劣化を理解するために、グローバルな構造力とグローバルな構造変形を単純な 2D プロットで比較します。この複合材料プレートは、プレート上部のエッジに沿って均一な軸方向の変位を強制的に受けますが、この強制的な軸方向の変位は、プレートの全体的な構造変形の適切な測定値として働きます。同様に、プレート上端に沿って働く軸反力の合計は、プレート内のグローバルな構造力の適切な測定基準になります。この総反力は、プレート上部のエッジ上のすべての節点の反力を合計して取得します(下の 2 番目の図を参照）。以下の 3 番目の図は、複合材料プレートのグローバルな構造力とグローバルな構造変形のプロットを示します。

強制変位 0.0912 において、構造の全体的なセカント剛性は急激に劣化し始めます。この点を超えると、軸方向の強制変位はさらに増大するため、構造はこれ以上の構造力に抵抗することができません。

荷重-変位プロットを確認すると、この複合材料構造のグローバルな力/変位応答は、強制変位がおよそ 0.0912 の値に達するまで線形を維持しているように見えます。前のセクションのコンター プロットを確認すると、軸方向の強制変位が 0.084 の値に到達するまでに、複合材料プレートでは、円形の穴の垂直エッジに沿って大量な母材構成破損が累積していることが分かります。ただし、この母材構成破損の量は、複合材料プレートのグローバルな剛性で検知される影響を視覚的に確認するのには不十分です。

強制変位が 0.084 からおよそ 0.096 まで増加すると、複合材料プレートのグローバルな剛性は大幅に低減し(荷重-変位プロットを参照)、ローカルの繊維構成破損の著しいカスケード(つまり、重大な破損イベントが発生している)を示します。コンター プロットを確認すると、0.096 の強制変位で、複合材料プレートでは円形の垂直エッジに沿って大量の繊維構成破損が発生していることが分かります。強制変位 0.096 よりも大きくなると、複合材料プレートは、それ以上増加する変位に対して増加する構造力で応答することができなくなります。その代わりに、複合材料プレートの全構造力は比較的一定となり、局所的な破損の広がりが急速なために追加の構造力を構築できないことを示します。しかし、上記のプロット上の 2 つの点線で表示されるように、複合材料プレートの全体的な構造力は比較的一定を維持しているにもかかわらず、全体的なセカント剛性は引き続き低減します。

グローバルな構造破損を定義するには、数多くの方法があります。グローバル構造破損を示す正確なポイントは、複合プレートの利用目的に応じて異なりますここで強調すべき点は、グローバルな構造破損の検出には、グローバルな構造力とグローバルな構造変形を調査する必要があるということです。

要約すると、MCT 状態変数(特に SVAR1)のコンター プロットにより、特定の時間の点におけるローカルの破損範囲を明確に確認できます。損傷の分布を、複合材料構造の全剛性の低下に関連付けるには、グローバルな構造力とグローバルな構造変形のプロットを検討しなければなりません。このように、構造のグローバル剛性において観測された変化を、特定の損傷配布に関連付けることができます。