УДК 539.37

DOI 10.24411/1683-805X-2019-12003

 

 

В слоистых композиционных материалах и многослойных конструкциях возможно зарождение множественных наклонных трещин. В статье рассмотрена задача распространения трещин в трехслойной конструкции, средний слой которой содержит множественные наклонные трещины в условиях растяжения и поперечного сдвига. Исследованы три типа конфигурации трещин: единичная трещина, периодическая система наклонных трещин одинаковой длины и две параллельные трещины различной длины. Взаимодействие между трещинами в условиях нагружения смешанного типа I-II и типа III изучено с использованием коэффициентов интенсивности напряжений. Полученные решения применены для армированных волокнами слоистых композитов. Результаты показывают, что на коэффициенты интенсивности напряжений для композитов с множественными трещинами существенное влияние оказывают ограничивающее воздействие внешних слоев и эффект экранирования между трещинами. В случае разноразмерных трещин главную роль в концентрации напряжений играет трещина большей длины. Показано влияние особенностей конструкции слоистого материала, распределения и ориентации трещин, а также их размера на концентрацию напряжений в вершинах наклонных трещин в трехслойном слоистом композите. Полученные результаты могут быть использованы при анализе распространения трещин в слоистых материалах.

Ключевые слова: наклонные трещины, взаимодействие, коэффициент интенсивности напряжений, нагружение смешанного типа I-II, нагружение типа III, слоистый композит с различной ориентацией волокон, преобразование Фурье

 

The stress intensity factors of multiple inclined cracks in a composite laminate subjected to in-plane loading

Inclined multiple cracks may appear in composite laminates and sandwich structures. In this paper, we solve the fracture problem of a three-layer sandwich structure which contains multiple inclined cracks in the central layer under tension and antiplane shear. Three types of crack configurations are considered: an isolated crack, a periodic array of inclined cracks with the same length, and two parallel cracks with different lengths. In these cases, we examine the interaction among the cracks under mixed I-II mode and pure mode III based on the stress intensity factors. Then, we apply the solutions to fibre-reinforced composite laminates. The results show that the stress intensity factors of the multiple cracks are significantly affected by the constraining effect of the outer sublaminates and the shielding effect among cracks. For cracks with significantly different sizes, the long crack dominates the stress concentration. This work reveals the influences of the laminate configuration, crack distribution, crack orientation and crack size on the stress concentration at the tips of inclined cracks in the three-layer composite laminate, and the results may be used to analyze the crack propagation in the laminates.

Keywords: inclined cracks, interaction, stress intensity factor, mixed I-II mode, pure mode III, angle-ply composite laminate, Fourier transform

 

 

S. Li, J. Wang  Коэффициенты интенсивности напряжений множественных наклонных трещин в слоистом композите при нагружении в плоскости // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 2. - С. 35-48