초록
이 논문에서는 유리-에폭시 섬유 보강 복합재료판에 $K_I$ 과 $K_{II}$ 에 의한 혼합모우드 상태의 균열된 알루미늄판의 응력확대계수의 수치해석 산정을 다루고 있다. 응력확대계수 산정을 위한 가상균열닫힘법과 2단계 확장법이 고려된다. 에너지 방출률과 응력확대계수의 항으로 표현되는 파괴역학 매개변수 계산을 위하여, p-수렴 부분 층별모델이 채택된다. 고려되는 p-수렴 방식은 저매개변수 요소의 개념에 기초한다. 1개 층에 대해 가정된 변위장, 변위-변형률 관계, 그리고 3차원 구성방정식은 2차원과 1차원 고차 형상함수의 조합으로 정의된다. 고려되는 요소는 변위장의 보간과 수치적분을 수행하기 위해 로바토 형상함수와 가우스-로바토 적분법이 사용된다. 언급된 모델과 기법들을 사용하여, 경사각도의 변화에 따른 적층판 형상의 효과와 접착제의 강도가 팻치보강 시스템에 미치는 영향이 조사된다. 중립축 변화에 따른 팻치보강 적층판의 면외 휨 효과도 분석된다. 고려되는 모델의 정확성과 단순성 등에 관해서 응력확대계수, 응력분포, 자유도 수, 에너지 방출률 등의 항목을 가지고서 평가된다.
This paper deals with the numerical determination of the stress intensity factors of cracked aluminum plates under the mixed mode of $K_I$ and $K_{II}$ in glass-epoxy fiber reinforced composites. For the stress intensity factors, two different models are reviewed such as VCCT and two-step extension method. The p-convergent partial layerwise model is adopted to determine the fracture parameters in terms of energy release rates and stress intensity factors. The p-convergent approach is based on the concept of subparametric element. In assumed displacement field, strain-displacement relations and 3-D constitutive equations of a layer are obtained by combination of 2-D and 1-D higher-order shape functions. In the elements, Lobatto shape functions and Gauss-Lobatto technique are employed to interpolate displacement fields and to implement numerical quadrature. Using the models and techniques considered, effects of composite laminate configuration according to inclined angles and adhesive properties on the performance of bonded composite patch are investigated. In addition to these, the out-of-plane bending effect has been investigated across the thickness of patch repaired laminate plates due to the change of neutral axis. The present model provides accuracy and simplicity in terms of stress intensity factors, stress distribution, number of degrees of freedom, and energy release rates as compared with previous works in literatures.
