Stacking layer sequence effects for glass fibre/epoxy resin cross-ply laminates

Abstract

This work describes the effect of the stacking sequence over the distribution of the deformation and stress fields through the thickness of the laminate. The laminates are made of epoxy resin and glass fibres, having the ratio of 0 to 90° plies equal to 1. This stacking sequence is applied to obtain composite laminates with different thicknesses. The study presented in this paper is focused on the linear static behaviour of the cross/ply laminates by means of finite-element models developed using the commercial codes ANSYS 6.1 and LUSAS 15.3. The numerical models represent three-point bending loading cases. A viscoelastic analysis of the laminates based on the correspondence principle is also performed. The results from the finite element models show good agreement with those obtained using the Classical Laminate theory, while the viscoelastic storage modulus and loss factors distribution indicate the best stacking sequences for structural dynamics applications, such as spring leaves for novel car suspension systems.

Оцінюється вплив послідовності укладання шарів ламіната на розподіл полів деформацій і напружень по його товщині. Ламінатні зразки складаються із шарів епоксидної смоли і скловолокна, при цьому співвідношення шарів з орієнтацією волокон від 0 до 90° дорівнює одиниці. Таке співвідношення шарів використовувалося при виготовленні ламінатів різної товщини. Описано напружено-деформований стан багатошарових ламінатів при лінійному статичному навантаженні за допомогою скінченноелементних моделей стандартних програмних пакетів ANSYS 6.1 та LUSAS 15.3. Числове моделювання виконано для триточкового згину ламіната. Проведено розрахунок матеріалу у в ’язко-пружному стані, що базується на принципі подібності. Результати розрахунків методом скінченних елементів добре узгоджуються з отриманими у рамках класичної теорії ламінатів. Для конкретних значень модулей в ’язко-пружності і розподілу різних параметрів визначено послідовність укладання шарів стосовно динамічних задач для таких конструкцій, як ламінатні ресори для нових автомобільних підвісних систем.

Оценивается влияние последовательности укладки слоев ламината на распределение полей деформаций и напряжений по его толщине. Ламинатные образцы состоят из слоев эпоксидной смолы и стекловолокон, причем соотношение слоев с ориентацией волокон от 0 до 90° равно единице. Такое соотношение слоев использовалось при изготовлении ламинатов различной толщины. Описано напряженно-деформированное состояние многослойных ламинатов при линейном статическом нагружении с помощью конечноэлементных моделей стандартных программных пакетов ANSYS 6.1 и LUSAS 15.3. Численное моделирование выполнено для случая трехточечного изгиба ламината. Выполнен расчет материала в вязкоупругом состоянии, основанный на принципе подобия. Результаты расчета методом конечных элементов хорошо согласуются с полученными в рамках классической теории ламинатов. Для конкретных значений модулей вязкоупругости и распределения различных параметров определена оптимальная последовательность укладки слоев применительно к динамическим задачам для таких конструкций, как ламинатные рессоры для новых автомобильных подвесных систем.