グローバル破損がいつ発生するかを、荷重-変位プロットを使用して判定します。

前のセクションでは、コンター プロットを使用して、複合構造内の PFA 損傷状態の分布を調べました。これらのコンター プロットを見ると、破損した各領域の材料の剛性が著しく劣化していることがわかります。さらに、これらのコンター 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、または損傷の特定の分布を剛性全体の減少に関連付けるには、まずグローバルな構造力とグローバルな構造変形の関係を調べる必要があります。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。

たとえば、以下に示すような 8 層の複合プレートを考えてみます。これは、前のセクションで検討した同じ複合プレートの問題です。この複合プレートは、プレート上端に沿って働く均一な軸変異の影響を受けるので、この変異はプレート内の全構造変形の適切な測定基準になります。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。この反力の合計は、プレート上端のすべての節点の節点反力を合計することで得られます(以下の 2 つ目の図を参照)。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。

0.13 の変位を適用した場合、構造の全割線剛性が急速に低下を始めます。軸変位がさらに増加すると、構造は追加の構造力による追加の変位に耐えることができません。

荷重-変位のプロットを調べると、複合材料構造のグローバルな力と変位応答は適用される変位の値が約 0.095 に到達するまで線形であることがわかります。興味深いのは、前のセクションのコンター プロットのパート C を調べると、適用される軸変位の値が 0.08 に到達するまでに、複合材料プレートには丸穴の垂直エッジに沿って相当な量の母材構成破損が蓄積されていることです。ただし、この母材構成破損の量は、複合プレートのグローバル剛性に視覚的に確認できるほどの影響を与えるのには不十分です。適用される変位が 0.095 から約 0.13 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上の荷重-変位プロットにおいて視覚的に確認できるまでに低下します。ただしその場合でも、構造は増加する構造力による変位の増加に応答することができます。

前のセクションのコンター プロットのパート D を調べると、適用される変位が 0.112 の場合、複合プレートには丸穴の垂直エッジに沿って少量の繊維構成破損が発生しています。この局所的な繊維構成破損は、増加する構造力による変位の増加に複合材料プレートが応答できなくなるほどではありません。適用される変位が約 0.133 に到達すると、複合プレートのグローバル剛性は大幅に減少し、局所的な大量の繊維構成破損が重なり合っている(すなわち重大な破損イベントが発生している)ことを示します。適用される変位が 0.133 を超えると、複合材料プレートは増加する構造力による変位の増加に応答しなくなります。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。ただし、上記の荷重-変位プロットの 2 つの点線を見ると、全構造力が比較的一定であっても、複合材料プレートの全セカント剛性は低下を続けています。

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、PFA 損傷状態のコンター 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。