Failure behavior of sandwich honeycomb composite beam containing crack at the skin

Des défauts de fissure cutanée peuvent se développer dans les structures composites en nid d'abeille sandwich pendant la durée de vie en raison de charges statiques et d'impact. Dans cette étude, le comportement à la rupture de poutres composites en nid d'abeilles sandwich (SHC) contenant des fissures au niveau de la peau a été étudié expérimentalement et numériquement sous une charge de quatre points. Trois agencements différents de composite de fibre de carbone unidirectionnel (UD) et de tissu tissé triaxial (TW) ont été envisagés pour les peaux. La présence d'une fissure de 10 mm à mi-portée de la peau supérieure, à mi-portée de la peau inférieure et à mi-chemin entre la charge et le soutien de la peau supérieure, respectivement, a été considérée. Les équations de charge de défaillance de la charge initiant l'extension de la fissure cutanée ont été dérivées analytiquement puis développées numériquement en utilisant l'approche J-intégrale. Le mode de défaillance de l'extension de la fissure a dominé tous les échantillons fissurés, à l'exception de ceux dont la peau était peu rigide, qui étaient contrôlés par le décollement de la peau par compression et les défaillances de cisaillement du noyau.
Los defectos de grietas en la piel pueden desarrollarse en estructuras compuestas de nido de abeja tipo sándwich durante la vida útil debido a cargas estáticas y de impacto. En este estudio, el comportamiento de fractura de las vigas compuestas de panal sándwich (SHC) que contienen grietas en la piel se investigó experimental y numéricamente bajo una carga de cuatro puntos. Se consideraron tres disposiciones diferentes de material compuesto de fibra de carbono unidireccional (UD) y la tela triaxialmente tejida (TW) para las pieles. Se consideró la presencia de una grieta de 10 mm en el tramo medio de la piel superior, en el tramo medio de la piel inferior y a medio camino entre la carga y el soporte de la piel superior, respectivamente. Las ecuaciones de carga de falla de la carga que inicia la extensión de la grieta superficial se derivaron analíticamente y luego se desarrollaron numéricamente utilizando el enfoque integral J. El modo de falla de extensión de la grieta dominó todas las muestras agrietadas, excepto aquellas con piel de baja rigidez que fueron controladas por la desunión de la piel compresiva y las fallas de cizallamiento del núcleo.
Skin crack defects can develop in sandwich honeycomb composite structures during service life due to static and impact loads. In this study, the fracture behavior of sandwich honeycomb composite (SHC) beams containing crack at the skin was investigated experimentally and numerically under four-point loading. Three different arrangements of unidirectional (UD) carbon fiber composite and the triaxially woven (TW) fabric were considered for the skins. The presence of a 10 mm crack at mid-span of the top skin, mid-span of the bottom skin, and mid-way between load and support of the top skin, respectively, were considered. Failure load equations of the load initiating the skin crack extension were analytically derived and then numerically developed using the J-integral approach. The crack extension failure mode dominated all cracked specimens except those with low-stiffness skin which were controlled by the compressive skin debonding and core shear failures.
يمكن أن تتطور عيوب تشقق الجلد في الهياكل المركبة لقرص العسل أثناء فترة الخدمة بسبب الأحمال الساكنة والصدمية. في هذه الدراسة، تم التحقيق في سلوك الكسر لعوارض مركب قرص العسل (SHC) التي تحتوي على تشقق في الجلد تجريبيًا وعدديًا تحت التحميل رباعي النقاط. تم النظر في ثلاثة ترتيبات مختلفة من مركب ألياف الكربون أحادي الاتجاه والنسيج المنسوج ثلاثي المحاور (TW) للجلود. تم النظر في وجود شق 10 مم في منتصف امتداد الجلد العلوي، وفي منتصف امتداد الجلد السفلي، وفي منتصف المسافة بين الحمل ودعم الجلد العلوي، على التوالي. تم اشتقاق معادلات حمل الفشل للحمل الذي يبدأ امتداد تشقق الجلد تحليليًا ثم تم تطويرها عدديًا باستخدام نهج التكامل J. سيطر وضع فشل تمديد الشقوق على جميع العينات المتشققة باستثناء تلك ذات الجلد منخفض الصلابة التي تم التحكم فيها عن طريق إزالة الترابط الجلدي الضاغط وفشل القص الأساسي.