초록
본 연구에서는 집중하중을 받는 일방향 보강 섬유 금속 적층판의 손상 개시 모델을 연구하였다. 기존의 복합재료 적층판의 해석에 사용하는 일타 전단변형이론을 수정하여 섬유 금속 적층판의 하중 변위 관계를 구하였고, 유한 요소 해석을 통하여 응력을 계산한 다음 Tsai-Hill failure criterion과 Miser yield criterion을 사용하여 섬유층과 금속판의 파괴 지수를 계산하는 방법으로 섬유 금속 적층판의 손상 개시를 모델링하였다. 단순 인장과 원통형 굽힘 하중에서의 적층 각도에 따른 섬유 금속 적층판의 파괴 지수 분포를 통하여 해석의 타당성을 검증하였으며, 이를 바탕으로 집중하중을 받는 경우 섬유 방향에 따른 파괴 지수를 계산하였다. 계산된 파괴 지수를 손상 개시 하중과 비교하기 위하여 압입 시험을 수행하였다. 압입 시험은 섬유 방향의 영향을 보기 위하여 양단 고정인 경계 조건에서 수행하였다. 손상 개시 하중은 압입 선도의 앞 부분을 Hertz식을 이용하여 회귀 분석한 곡선이 실제 하중 곡선과 달라지는 점으로부터 결정하였다. 다양한 섬유 방향에 따른 압입 시험을 수행하였으며 각각의 손상 개시 하중을 파괴 지수와 비교하였다.
Modeling of damage initiation in singly oriented ply (SOP) Fiber Metal Laminate (FML) under concentrated loading conditions was studied. The finite element method (FEM) base on the first order shear deformation theory is used for th\ulcorner modeling of damage initiation in SOP FML. The failure indices (FI) of the fiber prepreg and the metal laminate were calculated by using the Tasi-Hill failure criterion and the Miser yield criterion, respectively. To verify the present method, the failure analysis was conducted under uniaxial loading and cylindrical bending, then the analysis under concentrated load was conducted. The results show that the analysis is reasonable. An indentation test was conducted to compare a damage initiation load with a calculated FI. The test was conducted under two side clamped conditions to study the fiber orientation effect. Indentation curve was fitted using the Hertz equation and a damage initiation load is defined that the point which deviate the fitted curve from the real indentation curve. The damage initiation loads were obtained under various fiber orientations and compared with calculated FIs. The experiment was well matched with calculated FI. This results shows that the present method is suitable for the damage initiation modeling of SOP FML.
