단방향 복합 손상 | A-Z까지 완벽한 간단 가이드

복합재 손상은 단방향 복합재와 같이 모든 강화 섬유가 한 방향으로 정렬된 재료의 결함이나 결점을 의미합니다. 이러한 재료는 뛰어난 강도 대 중량비로 항공우주 및 자동차 산업과 같은 산업에서 널리 사용됩니다. 그러나 제조 또는 사용 중 손상이 발생하면 성능이 저하되고 신뢰성이 저하될 수 있으므로, 효과적인 설계 및 유지 관리를 위해 복합재 손상 연구가 필수적입니다.

복합재 손상은 매트릭스 균열, 박리, 섬유 파손 등 다양한 형태로 발생할 수 있습니다. 각 손상 유형은 재료에 미치는 영향이 다릅니다. 예를 들어, 박리는 복합재 층이 분리되는 것을 의미하고, 매트릭스 균열은 섬유를 결합하는 수지를 약화시킵니다. 이러한 손상 유형과 그 원인을 이해하는 것은 까다로운 응용 분야에서 복합재의 내구성과 안전성을 향상시키는 데 중요합니다.

이 블로그에서는 단방향 복합재의 세계를 깊이 있게 탐구하며, 그 고유한 특성과 거동을 살펴봅니다. 다양한 유형의 손상과 손상의 발생 및 진행 방식에 대해 알아봅니다. 또한, Abaqus와 같은 소프트웨어를 사용하여 복합재 손상을 시뮬레이션하는 방법을 단계별 예제와 함께 안내합니다. 이 블로그를 마치면 복합재 손상을 효과적으로 식별, 분석 및 완화하는 방법에 대한 통찰력을 얻게 될 것입니다.

What is unidirectional Composite?

단방향 복합재는 다음 유형입니다. 복합재료 강화 섬유가 모두 한 방향으로 정렬된 구조입니다. 이는 섬유가 직조 패턴으로 교차되어 있는 직조 복합재와는 대조적입니다.

단방향 복합재의 주요 장점은 섬유 방향으로 매우 높은 강도와 강성을 제공한다는 것입니다. 이는 모든 섬유가 함께 작용하여 해당 방향으로 작용하는 힘에 저항하기 때문입니다. 그러나 다른 방향으로는 강도와 강성이 약합니다.

단방향 복합재는 항공우주 및 자동차 부품과 같이 높은 강도 대 중량 비율이 중요한 응용 분야에 자주 사용됩니다.

단방향 복합재

Unidirectional composite material properties

탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP)와 같은 단방향 복합재는 뛰어난 강도 대 중량비와 강성으로 인해 엔지니어링 응용 분야에 필수적입니다. 그러나 이러한 복합재의 고유한 특성 때문에 Abaqus 소프트웨어에서 복합재의 거동을 모델링할 때는 특별한 주의가 필요합니다.

핵심 요점: Abaqus에서 단방향 복합재 손상을 시뮬레이션하려면 단방향 복합재 재료의 특성을 정확하게 정의하는 것이 필수적입니다.

이러한 속성은 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.

• 탄성 특성: 탄성계수, 포아송비, 전단탄성계수는 하중 하에서 변형에 대한 재료의 반응을 정의합니다.
  • E11: 종방향 탄성계수(섬유 방향)
  • E22: 횡탄성계수(섬유 방향에 수직)
  • ν12: 종방향 포아송 비
  • G12: 종방향 전단 계수
  • ν23: 층간 포아송 비(횡방향 등방성으로 인해 E33 = E22, ν13 = ν12, G13 = G12)

• 강도 및 손상 속성: 여기에는 인장 및 압축 강도, 파괴인성, 그리고 손상 시작 기준이 포함됩니다. 이러한 기준은 재료의 파괴 저항성과 손상 시작 시점을 결정합니다.
  • S11+ 및 S11-: 인장 및 압축 종방향 강도(섬유 방향)
  • S22+ 및 S22-: 인장 및 압축 횡강도
  • S12 및 S13: 평면 내 및 횡 방향 전단 강도
  • 손상 모델링을 위한 추가 속성(Abaqus 설명서 참조)

횡방향 등방성:

단방향 복합재는 횡방향 등방성으로 가정되는데, 이는 섬유에 수직인 모든 방향에서 물성이 동일함을 의미합니다. 이는 필요한 독립적인 재료 상수의 수를 줄입니다.

데이터 가용성:

단방향 복합재료를 특성화하는 데에는 두 가지 일반적인 시나리오가 있습니다.

제한된 라미나 데이터:

누락된 데이터 포인트는 종종 ν23(층간 포아송 비)과 S23(횡전단 강도)입니다.

일반적인 값(예: 탄소 섬유의 경우 ν23 = 0.5)은 엔지니어링 판단에 사용될 수 있습니다.

Helius 복합재료 데이터베이스는 유사한 재료에 대한 리소스가 될 수 있습니다.

라미나 데이터 없음:

미세역학 방법을 사용하면 섬유와 매트릭스 속성으로부터 속성을 도출할 수 있습니다.

분석 계산(방정식 사용) 또는 유한요소해석 (FEA) 시뮬레이션을 활용할 수 있습니다.

분석 방법은 빠르지만 정확도가 떨어지고 한계가 있습니다.

FEA 시뮬레이션은 더 정확하지만 특수 소프트웨어가 필요합니다.

Abaqus에서 이러한 물성을 이해하고 정확하게 정의함으로써 엔지니어는 다양한 하중 조건에서 단방향 복합재의 거동을 예측하는 신뢰할 수 있는 모델을 생성할 수 있습니다. 이는 궁극적으로 더 나은 설계 결정과 제품 성능 향상으로 이어집니다.

Introduction to Composite Damage

다른 구조물과 마찬가지로 복합재도 제조 공정이나 사용 중 손상될 수 있습니다. 복합재의 거동은 다른 일반 재료와 다릅니다. 복합재는 쌍선형 거동을 보입니다. 아래 그림의 응력-변형률 선도를 보면 더 잘 이해할 수 있습니다. 복합재에 탄성 영역을 넘는 하중 조건이 가해지면 "손상 시작" 지점에 도달합니다. 하중 조건이 계속되면 손상이 확산되고, "진행성 손상" 영역이 나타나며, 복합재가 파손될 때까지 손상이 확산될 수 있습니다. 올바른 실행을 위해 복합 분석, 모든 복합재 손상 유형과 복합재에 미치는 영향을 아는 것이 중요합니다.

복합재료의 응력-변형률 곡선

FEM 시뮬레이션에서 우리는 "손상 시작" 지점과 "진행성 손상" 영역을 정의해야 합니다. 이를 위해 다음과 같은 다양한 이론이 도입됩니다. 하신 손상 기준, 차이우, 차이힐, 퍽, … .

체크 아웃 무료 완료 Composite Example:

 Causes of Composite damage

금속에 비해 복합재의 손상 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 복합재와 구조물은 재료 가공, 부품 제작, 또는 사용 중 발생하는 결함에 취약합니다. 손상이나 결함이 복합재 부품의 구조적 무결성에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것은 결함의 심각성을 판단하는 데 매우 중요합니다. 이러한 손상을 어떻게든 파악하고 적절한 시기에 조치를 취할 수 있다면 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있을 것입니다. 또한, 설계를 더욱 개선하고 최적화할 수 있을 것입니다.

복합적 손해는 두 가지 수준으로 분류할 수 있습니다.

1. Composite damage during manufacturing

다공성, 미세균열, 박리와 같은 가공 오류로 인한 이상 현상은 제조상의 손상의 예입니다. 의도치 않은 모서리 절단, 긁힘, 표면 홈, 충격 손상, 손상된 패스너 구멍도 포함됩니다. 제조상의 결함은 다음과 같습니다.

• 공극
• 공기 방울
• 박리
• 수지 부족 지역
• 수지가 풍부한 지역
• 주름
• …

제조 중 복합재 손상 [참조]

다공성, 즉 매트릭스 내 빈 공간이 가장 일반적인 원인입니다. 다공성의 원인은 잘못되었거나 비효율적인 경화 매개변수일 수 있습니다. 또 다른 생산 결함은 매트릭스에 이물질이 포함되는 것인데, 이는 기름진 지문부터 백킹 필름까지 다양할 수 있습니다.

2. In-service damage of composites

복합 구조물은 충분한 강도와 강성을 갖추고 있지만, 다른 구조물과 마찬가지로 사용 중 손상될 수 있습니다. 이러한 손상은 충격, 사용 환경에 대한 낮은 저항성, 과적, 직원의 부주의 등으로 인해 발생할 수 있습니다.

서비스 중 손상에는 다음이 포함됩니다.

• 충격 손상
• 피로
• 매트릭스 크래킹
• 박리
• 섬유 파손
• …

복합재 구조물의 사용 결함은 일반적으로 충격 손상으로 인해 발생합니다. 박리는 가장 흔한 충격 관련 손상입니다. 박리는 적층 복합재의 층이 갈라져 운모와 같은 구조가 형성되면서 발생하며, 이로 인해 기계적 특성이 상당히 저하됩니다. 박리는 충격, 충돌 또는 반복적인 압력으로 인해 두 층 사이의 경계에서 적층재가 분리되는 현상입니다. 예를 들어, 개별 섬유가 매트릭스에서 떨어져 나갈 수 있습니다.

1. 매트릭스 크래킹

매트릭스 균열은 보강 섬유를 고정하는 수지 내부에 미세한 균열이 생길 때 발생합니다. 이러한 균열은 일반적으로 다음과 같은 원인으로 발생합니다.

• 인장 응력: 섬유에 수직으로 복합재를 늘리는 힘.
• 온도 변화: 급격한 온도 변화로 인해 수지와 섬유가 서로 다른 속도로 팽창하거나 수축하여 균열이 생길 수 있습니다.
• 충격: 외부의 충격이나 타격도 매트릭스에 균열을 일으킬 수 있습니다.

매트릭스 균열은 수지를 약화시키고 섬유 사이에 응력을 전달하는 능력을 감소시켜 복합재의 무결성을 손상시킵니다.

2. 박리

박리란 적층 복합재에서 층(플라이)이 분리되는 현상을 말합니다. 박리는 다음과 같은 원인에 의해 발생할 수 있습니다.

• 면외 응력: 복합층에 수직으로 작용하는 힘.
• 영향: 충격으로 인해 층이 벗겨질 수 있습니다.
• 매트릭스 균열: 수지 매트릭스의 균열이 퍼져서 층이 분리될 수 있습니다.
• 제조상의 결함: 생산 과정에서 층간의 접합이 불량하면 복합재가 박리되기 쉽습니다.

박리가 발생하면 복합재의 하중 지지 능력이 크게 떨어져 심각한 파손 모드가 됩니다.

3. 섬유 파손

섬유 파손은 복합재 내부의 보강 섬유가 과도한 응력으로 인해 파단될 때 발생합니다. 이는 일반적으로 다음과 같은 원인으로 발생합니다.

• 높은 인장 하중: 섬유의 강도를 초과하는 인장력.
• 충격 또는 과부하: 재료가 견딜 수 있도록 설계된 수준을 넘어서는 힘.

섬유가 끊어지기 시작하면 복합재의 하중을 견디는 능력이 크게 감소하여 잠재적인 구조적 파손으로 이어집니다.

4. 파이버 풀아웃

섬유 풀아웃은 섬유가 끊어지는 것이 아니라 수지 매트릭스에서 당겨지는 현상입니다. 섬유와 매트릭스 사이의 결합력이 약하면 섬유 풀아웃이 발생할 수 있으며, 그 원인은 다음과 같습니다.

• 제조상의 결함: 생산 과정에서 섬유와 수지 사이의 결합이 부적절합니다.
• 기계적 응력: 섬유-매트릭스 결합을 약화시키는 하중에 의한 응력.

섬유 풀아웃은 충격 시 일부 에너지를 소실시킬 수 있지만, 이는 재료가 하중을 효과적으로 전달할 수 없다는 신호이기도 하며, 결국 파손으로 이어집니다.

5. 계면 분리

계면 탈착은 섬유와 수지 사이의 접착력이 손실되는 것을 의미합니다. 이는 다음과 같은 원인으로 발생할 수 있습니다.

• 기계적 부하: 섬유와 매트릭스 사이의 결합을 약화시키는 힘.
• 열 응력: 온도 변화로 인해 섬유와 수지 사이의 팽창 차이가 발생하여 접착력이 떨어질 수 있습니다.
• 환경적 요인: 습기나 화학 물질에 노출되면 접착력이 약해질 수도 있습니다.

결합 해제가 발생하면 복합재는 응력을 효과적으로 전달하는 능력을 상실하여 기계적 성능이 저하됩니다.

6. 다공성

다공성은 복합재 내부에 기포나 공극이 존재하는 것을 의미합니다. 이러한 공극은 종종 제조 결함으로 인해 발생하며, 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 전반적인 구조를 약화시킵니다.
• 균열이나 박리 등 다른 유형의 손상에 대한 취약성이 높아집니다.

7. 수분 흡수

복합소재는 시간이 지남에 따라 습기를 흡수할 수 있으며, 이로 인해 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 팽창 및 뒤틀림: 재료의 치수 변화.
• 강도 저하: 물이 침투하면 수지와 섬유가 모두 약해져 재료의 하중 지지력이 저하됩니다.

8. 화학 물질 노출

특정 화학 물질은 복합재의 수지와 섬유를 모두 분해할 수 있습니다. 이러한 분해는 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다.

• 근력 저하: 하중을 지탱하는 능력이 감소함.
• 균열: 기질이나 섬유를 약화시키는 화학 반응.

9. 자외선

햇빛의 자외선(UV)은 시간이 지남에 따라 복합재의 수지를 분해하여 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다.

• 균열: 수지 분해로 인해 표면에 균열이 생기는 현상.
• 기계적 강도의 손실: 구조적 무결성이 약화됨.

복합 손상 유형 [참조]

복합재료 및 d의 분석구조물이 제대로 작동하고 유지 보수 비용을 절감할 수 있도록 결함과 손상을 파악하는 것은 엔지니어의 의무입니다. 컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE)과 유한요소법(FEM), 그 복합 분석 최상의 방식으로 진행됩니다. 복합 시뮬레이션은 저희 교육 패키지를 통해 습득할 수 있는 특별한 기술입니다.

Factors influencing damage in composite materials

복합재료의 손상 취약성과 심각성은 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있으며, 대체로 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

물질적 요소:

• 섬유 종류 및 특성: 다양한 섬유(예: 탄소, 유리, 아라미드)는 강도, 강성, 파괴 인성이 다르며, 이는 손상 저항성에 영향을 미칩니다.
• 매트릭스 유형 및 특성: 수지는 인성, 섬유에 대한 접착력, 환경 저항성이 다르며, 이는 손상의 시작과 확산에 영향을 미칩니다.
• 섬유-매트릭스 계면: 섬유와 수지 사이의 강력한 결합은 응력 전달과 박리 저항에 매우 중요합니다.
• 미세구조 및 결함: 공동, 다공성, 수지가 많은 부분과 같은 불완전성은 응력 집중 장치 역할을 하여 손상이 시작되도록 촉진합니다.

제조 요소:

• 가공 매개변수: 경화 온도, 압력, 시간은 섬유 정렬, 공극 함량, 매트릭스 특성에 큰 영향을 미쳐 손상 저항성에 영향을 미칩니다.
• 표면 품질: 표면 마감이 좋지 않으면 균열과 박리가 발생하기 쉽습니다.
• 불순물의 존재: 오염 물질은 섬유와 매트릭스 사이의 결합을 약화시켜 결합이 떨어지고 매트릭스가 균열되는 것을 촉진할 수 있습니다.

하중 및 환경 요인:

• 하중 유형: 정적 하중, 동적 하중, 피로 하중, 충격 하중은 손상 메커니즘과 심각도에 각기 다른 영향을 미칩니다.
• 하중의 규모와 지속 시간: 하중이 높고 지속 시간이 길수록 손상이 시작되고 확산될 위험이 커집니다.
• 온도: 온도가 높으면 매트릭스가 부드러워지고, 결합이 약해지고, 손상 메커니즘이 가속화될 수 있습니다.
• 습기 흡수: 물이 침투하면 매트릭스가 가소화되고, 강도가 감소하며, 내부 응력이 발생하여 손상이 발생할 수 있습니다.
• 화학 물질 노출: 공격적인 화학 물질에 노출되면 매트릭스나 섬유가 분해되어 국소적인 손상과 강도 감소를 초래할 수 있습니다.

디자인 요소:

• 기하학 및 두께: 날카로운 모서리, 얇은 단면, 복잡한 기하학 구조는 응력을 집중시켜 손상 가능성을 높입니다.
• 섬유 방향: 복합재 내 섬유의 배열은 특정 유형의 손상에 대한 방향과 저항성에 영향을 미칩니다.
• 구멍과 패스너의 존재: 구멍과 패스너 주변의 응력 집중은 손상의 시작과 확산을 촉진할 수 있습니다.

이러한 요소들과 그 상호작용을 이해하는 것은 적절한 복합재 선택, 제조 공정 최적화, 그리고 특정 용도에 적합한 손상 저항성을 갖춘 구조물 설계에 필수적입니다. 또한, 지속적인 연구를 통해 복합재의 손상 저항성을 더욱 향상시키기 위한 혁신적인 소재와 설계 솔루션이 모색되고 있습니다.

이제 Abaqus에서 복합재 손상 모델링을 수행하는 방법을 알아보겠습니다. 여기서는 단방향 복합재에 초점을 맞춥니다.

How to do Composite Damage Simulation in Abaqus

Abaqus에서 복합재 손상 모델링을 할 때, 가장 큰 어려움은 재료 모델링과 손상 모델링에 있다고 생각합니다. 형상은 때로는 어려울 수 있지만, 진짜 문제는 이 두 가지입니다. 자, 이제 Abaqus에서 단층 단방향 복합재와 라미네이트를 모델링하는 방법을 살펴보겠습니다.

ABAQUS에서 단방향 복합 손상 시뮬레이션

• 4.69

이 패키지는 단방향 복합재 손상 튜토리얼을 다루며, 다양한 요소에 대한 ABAQUS 기능을 기반으로 복합재의 손상을 시작하고 진행하는 다양한 이론을 적용합니다. 아시다시피, 미시적 또는 거시적 모델링 방식에 따라 ABAQUS 복합재 손상을 정의하는 방식은 ABAQUS의 별도의 방식을 완전히 따릅니다. 이 교육 패키지는 다음과 같은 용도로 맞춤 제작되었습니다. Abaqus 복합재 매크로 모델링. 단방향 복합재 시뮬레이션과 Abaqus 복합재 적층 손상 모델링을 완벽하게 익히는 데 도움이 되는 5가지 단방향 복합재 예제가 있습니다. 아래 강의 계획서에서 예제를 확인할 수 있습니다.

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Abaqus 소프트웨어에는 복합 재료를 시뮬레이션하는 여러 가지 방법이 있습니다. 여기서는 가장 효과적인 방법을 소개합니다.

복합 재료는 솔리드, 연속체, 셸, 셸의 세 가지 요소 중 하나를 사용하여 시뮬레이션할 수 있습니다. 단방향 섬유 복합 재료는 일반적으로 직교 이방성으로 가정됩니다.

사용할 수 있는 예제 표입니다. 이를 클릭하면 튜토리얼을 볼 수 있습니다.

Composite Elastic Properties

먼저, 복합재의 탄성 특성을 정의해야 합니다. 이때 탄성 특성 유형, 공학 상수, 층류, 직교이방성을 정의해야 합니다.

아래 표에서 두 가지의 차이점을 확인할 수 있습니다.

Composite Layup Tool

그 후에는 Composite layup 도구를 사용해야 합니다.“”. 이 도구를 사용할 때는 요소 유형(셸, 연속체 셸 또는 솔리드)에 따라 아래 그림에 보이는 세 가지 옵션 중 하나를 선택해야 합니다.

복합 레이업 요소 선택

Solid 또는 Continuum 셸을 선택하는 경우 설정은 다음과 같습니다. 예를 들어 설명해 드리겠습니다.

이와 같은 4층 복합 적층판이 있다고 가정해 보자[90^영형, 30^영형, 40^영형, 45^영형]. 아래에 표시된 것처럼 두께에 2개의 요소가 있으며 복합재의 두께는 6밀리미터입니다.

복합 적층판 방향

이제 아래 그림과 같이 "복합 레이업 편집" 창에서 이 레이어들을 설정해야 합니다. 요소 번호 1에서 라미나 90과 30의 두께는 각각 1mm와 2mm입니다. 따라서 요소 번호 1의 전체 두께는 3mm이고, 따라서 이 요소에서 각 레이어의 요소 상대 두께는 각각 1/3과 2/3가 됩니다. 다른 레이어도 마찬가지입니다.

솔리드 요소에 대한 합성 레이업 창 편집

그 후, 재료 방향을 지정하면 복합 재료 모델링이 완료됩니다. 다음 예시를 참조하세요. Abaqus 복합재 모델링.

이제 손상을 적용하려면 먼저 어떤 기준을 사용할지 알아야 합니다. Abaqus에서 사용할 수 있는 손상 기준 목록은 다음과 같습니다.

• 존슨-쿡 손상 모델
• 차이-힐 실패 기준
• 차이-우(Tsai-Wu) 실패 기준
• 퍽 기준
• …

Abaqus 시뮬레이션에서는 어떤 기준을 선택하든 "손상 시작" 지점과 "진행성 손상" 영역을 정의해야 합니다. 다음으로, 해석 단계, 경계 조건, 망사, 그리고 작업을 시작합니다. 

걱정하지 마세요. 이러한 시뮬레이션을 정확히 어떻게 진행해야 하는지 알려주는 튜토리얼 패키지가 있습니다.

Failure Criteria for Composite Damage

복합재의 거동을 시뮬레이션하고 복합재의 손상을 예측하려면 손상 기준을 사용해야 합니다. 복합재의 손상을 예측하는 데에는 다양한 기준이 있지만, 그중 일부는 더 정확합니다. 아래에서 이러한 기준 중 일부를 살펴보겠습니다.

• 티에스일체 포함-힐 기준

차이-힐 파괴 기준은 인장 및 압축 강도가 서로 다른 단방향 복합재와 같은 이방성 복합재에 널리 사용되는 파괴 이론입니다. 평면 응력의 경우, 저항이 가장 낮은 겹의 최대 저항을 예측할 수 있습니다.

X와 Y는 각각 0°와 90° 적층의 극한 인장 강도 응력입니다. S는 0° 층의 평면 12에서의 극한 전단 응력입니다.

따라서 지배 응력이 1을 초과하지 않으면 재료의 파단은 발생하지 않습니다. 차이-힐은 재료의 파괴 방식을 예측하지 않으므로 파괴 모드와 무관한 기준입니다.

• 티에스일체 포함-Wu 기준

차이-우 파괴 기준은 인장 및 압축 강도가 다른 이방성 복합재료에 널리 사용되는 파괴 이론입니다.

•   그리고 스트레스 성분은 무엇입니까?
• ​  실험적으로 결정된 재료 계수입니다.

Tsai-Hill 및 Tsai-Wu 기준에 대해 자세히 알아보려면 당사 제품이나 이 문서를 사용할 수 있습니다.“Tsai Hill 파괴 기준 및 Tsai Wu 파괴 기준 소개”.

• 하신 기준

하신 손상 기준(Hashin Damage Criterion)은 섬유 강화 복합재와 같은 복합재의 다양한 손상 유형을 예측하기 위해 고안된 파괴 이론입니다. 이 기준은 섬유와 매트릭스의 파괴를 구분하여, 차이-힐(Tsai-Hill) 및 차이-우(Tsai-Wu)와 같은 기존 기준에 비해 복합재의 파괴 메커니즘을 더욱 세부적으로 예측합니다.

하신 기준은 평면응력과 3차원응력 모두에 적용 가능합니다. 여기서는 2차원 응력에 대해 간략히 살펴보겠습니다.

섬유 장력의 기준은 다음과 같습니다.

어디:

•  섬유 방향의 종방향 응력입니다.
•  섬유의 종방향 인장 강도입니다.
•  전단응력입니다.
•  종방향 전단 강도이다

섬유 압축의 경우:

어디 ​는 섬유의 종방향 압축 강도입니다.

매트릭스 장력의 경우 파괴는 다음에 의해 결정됩니다.

어디:

• ​는 횡방향 수직응력(섬유에 수직인 방향의 응력)입니다.
•  는 매트릭스의 횡인장강도입니다.

매트릭스 압축의 경우 다음과 같은 경우 실패가 발생합니다.

어디:

•  는 매트릭스의 횡압축강도입니다.
•  횡방향 전단강도입니다.

이 기준은 Abaqus에서 단방향 복합재 시뮬레이션에 매우 적합합니다. 또한 손상의 시작과 점진적인 파괴를 감지할 수 있습니다. Hashian 기준, 3차원 케이스 관계 및 Abaqus에서 사용하는 방법에 대한 자세한 내용은 "“What is Hashin Failure Criteria?”.

결론 

이 글에서는 항공우주 및 자동차 산업 등에서 널리 사용되는 단방향 복합소재를 중심으로 복합소재 손상 개념을 살펴보았습니다. 이러한 소재는 강도 대 중량비가 우수하여 가치가 있지만, 성능과 수명에 영향을 미칠 수 있는 다양한 유형의 손상에 취약하므로 이러한 결함을 이해하고 분석하는 것이 매우 중요합니다.

이 블로그는 매트릭스 균열, 박리, 섬유 파손 등 복합재 손상 유형과 제조 또는 사용 중 발생하는 원인을 소개하는 것으로 시작했습니다. 다음으로, 재료 특성, 제조 공정, 환경 조건 등 손상에 영향을 미치는 요인들을 살펴보았습니다. 마지막으로 Abaqus에서 복합재 손상을 시뮬레이션하는 방법을 논의하며, 탄성 특성, 손상 시작 기준, 그리고 Hashin 및 Tsai-Wu와 같은 파괴 모델을 정의하는 기법을 강조했습니다.

결론적으로, 본 논문은 복합재 손상 메커니즘, 그 의미, 그리고 계산 도구를 사용하여 이를 분석하고 완화하는 효과적인 방법에 대한 명확한 이해를 제공했습니다. 이러한 지식은 첨단 엔지니어링 분야에서 복합재의 설계, 유지보수 및 신뢰성을 향상시키는 데 필수적입니다.

이제 복합 재료, 특히 단방향 및 적층 복합 재료의 손상을 모델링하는 방법을 알고 싶다면, 직접 확인해 보세요. 저희의 전체 튜토리얼을 추천합니다. 절대 후회하지 않으실 겁니다. 

보는 것이 도움이 될 것입니다 Abaqus 문서 Abaqus 시뮬레이션을 시작하기가 얼마나 어려운지 이해하려면 Abaqus 튜토리얼.

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