與各向同性金屬材料不同,含孔層合板的強度分析,隨著拉伸板孔徑的增大而減小,這與傳統(tǒng)的用應(yīng)力集中系數(shù)預(yù)示強度的理論(<SCF)相矛盾,這就是所謂“孔洞影響”現(xiàn)象。E.W addoups應(yīng)用線彈性斷裂力學(xué)理論解釋這個現(xiàn)象,他假設(shè)在孔邊存在一個強能量區(qū),并以一個孔邊的邊界裂縫代替這個強能量區(qū),從而用線彈性斷裂力學(xué)理論分析含孔層合板強度。Cruse進(jìn)一步闡述了這個理論,把圓孔看成是半裂紋長為裂紋,認(rèn)為凡與圓孔半徑之差為常數(shù)。
Greszgzuk分析了偏軸拉伸層合板及對稱角鋪設(shè)層合板的孔邊應(yīng)力分布,并用Hcncky-Mises歪形能理論預(yù)示孔邊強度。他注意了復(fù)合材料的強度特性,即材料的破壞不僅是由于某一個應(yīng)力分量過大造成的,而是由于各種應(yīng)力分量相互影響共同作用的結(jié)果。但由于只考慮孔邊界上的應(yīng)力分布,不能解釋孔徑大小對強度的影響,所得的分析結(jié)果偏于保守。
W hitney等人提出的點應(yīng)力誰則和平均應(yīng)力準(zhǔn)則(統(tǒng)稱為特征長度準(zhǔn)則)指出,不同孔徑圓孔的應(yīng)力集中系數(shù)雖然相同,孔附近的應(yīng)力分布卻不同,大孔徑圓孔周圍的高應(yīng)力區(qū)比小孔徑圓孔周圍的高應(yīng)力區(qū)大,由此造成“孔洞影響”。
分別對前述的兩種孔徑和幾種偏軸角度的含孔板進(jìn)行拉伸試驗,材料為前邊提出glass/epoxy,彈性常數(shù)見表to試件長為15.24cm,寬5.08cm,用四層單層板疊合而成,厚度大約為0.91mm。實驗結(jié)果表示在圖上。這些結(jié)果是取三次實驗結(jié)果的平均值。
由前面的分析與實驗可以看出:應(yīng)用這里提出的改進(jìn)的點應(yīng)力準(zhǔn)則分析孔邊強度,一般與實驗結(jié)果相符較好。誤差不超過20%,孔邊開裂位置也大體在90°附近。與實驗基本相符。由圖可以看出用提出的辦法預(yù)示的強度偏于保守。從圖看出在孔邊界應(yīng)用Tsai-Vtt準(zhǔn)則結(jié)果偏保守。
用這里提出的改進(jìn)的點應(yīng)力準(zhǔn)則可以改善JVhitney點應(yīng)力準(zhǔn)則的一些不足,能夠用于非對稱結(jié)構(gòu)的情況(偏軸拉伸就屬這種情況)?深A(yù)示孔邊開裂位置?蓪Ω鞣N角度鋪層的含孔板進(jìn)行逐層強度分析,當(dāng)然這后一點尚需進(jìn)一步的實驗分析驗證。
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