Fracture Process in ± θ Laminates Subjected to Mode II Loading

Abstract

This work studies the behavior of a multidirectional laminate under Mode II loading. We describe the process of delamination in a reinforced composite of glass/epoxy. The stacking sequence (plies orientation [±θ]) was selected to minimize the coupling effects. The Mode II interlaminar test under three-point bending and cantilever flexure using ENF (End Notch Flexure) and ELS (End Load Split) specimens, respectively, was performed and analyzed. The test procedures and the results of strain-energy-release rate study for crack initiation are presented. The fracture process and the mechanical behavior of the two types of specimens are analyzed. The analysis clearly shows a close link between the angle θ, the ratio a/L, and the thickness h of the specimen. Fracture by delamination can be obtained only with an optimal choice of these parameters. The analysis of the states of stresses at the tip of crack allows us to explain the phenomenon of bifurcation between plies and is confirmed by the experimental results.

Исследуется поведение многомерного ламината при его нагружении по типу KII . Описан процесс деламинирования упрочненного стеклоэпоксидного композита. Для минимизации эффектов трения выбрана ориентация ± θ. Рассмотрена методика межламинарных испытаний по типу KII с использованием схем трехточечного и консольного изгиба соответственно образцов типа ENF (торцевое защемление с консольным изгибом нагрузкой, равномерно распределенной по ширине свободного торца) и ELS (шарнирно закрепленная балка с центральной нагрузкой, равномерно распределенной по ширине балки). Представлены экспериментальные методики и результаты исследования скоростей высвобождения энергии деформации при инициировании трещин. Для двух вышеуказанных типов образцов проанализирован процесс разрушения и механического поведения материала. Установлена тесная корреляционная связь между величинами угла θ, соотношением a/L и толщиной образцов h. Показано, что разрушение вследствие деламинации возможно только при условии оптимального выбора этих параметров. Анализ напряженного состояния в вершине трещины позволяет объяснить явление межслойной бифуркации, его результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Досліджується поведінка багатовимірного ламіната при його навантаженні за типом KII . Описано процес деламінування зміцненого склоепоксидного композита. Для мінімізації ефектів тертя вибрано орієнтацію ± θ. Розглянуто методику міжламінарних випробувань за типом KII із використанням схем триточкового і консольного згину відповідно зразків типу ENF (торцеве затиснення з консольним згином навантаженням, що рівномірно розподілене по ширині вільного торця) і ELS (шарнірно закріплена балка з центральним навантаженням, що рівномірно розподілене по ширині балкі). Представлено експериментальні методики і результати щодо швидкостей звільнення енергії деформації при ініціюванні тріщин. Для двох вищевказаних типів зразків проаналізовано процес руйнування і механічної проведінки матеріалу. Установлено кореляційний зв’язок між величинами кута θ, відношенням a /L і товщиною зразків h. Показано, що руйнування внаслідок деламінації можливе лише за умови оптимального вибору цих параметрів. Аналіз напруженого стану у вістрі тріщини дозволяє пояснити явище міжшарової біфуркації і добре узгоджується із експериментальними даними.