Fracture Analysis of a Three-Dimensional Functionally Graded Multilayered

Abstract

Delamination fracture behavior of the three-dimensional functionally graded multilayered crack lap shear (CLS) beam configuration was studied analytically in terms of the strain energy release rate with linear-elastic fracture mechanics methods. The CLS under consideration can consist of an arbitrary number of layers, each having different thickness and material properties. The material of each layer is functionally graded along its width, thickness, and length. A delamination crack is arbitrarily located along the beam height. The strain energy release rate was derived by analyzing its density in the beam cross section ahead and behind the crack front. It was additionally analyzed using the strain energy release rate was performed by using the beam strain energy for verification. The effect of the material gradient and crack location along the beam height on the delamination fracture behavior was evaluated.

Аналітично вивчено режим руйнування при відшаруванні для тривимірної функціональноград ієнтної багатошарової балки при визначенні зсуву на напустку з тріщиною на основі розрахунку швидкості виділення енергії деформації з використанням методів лінійно-пружної механіки руйнування. Балка може включати в себе довільну кількість шарів, кожен з яких має різні товщину і властивості компонентів. Матеріал кожного шару функціонально-градієнтний по ширині, товщині і довжині. Тріщина відшарування розташована довільно по висоті балки. Швидкість виділення енергії деформації отримано шляхом аналізу її густини у поперечному перерізі балки перед і за фронтом тріщини. Для верифікації її додатково проаналізовано за допомогою енергії деформації балки. Оцінено вплив градієнта матеріалу і розташування тріщини по висоті балки на режим руйнування при відшаруванні.

Аналитически изучен режим разрушения при отслоении для трехмерной функционально-градиентной многослойной балки для определения сдвига на нахлестке с трещиной на основе расчета скорости выделения энергии деформации с использованием методов линейно-упругой механики разрушения. Рассматриваемая конфигурация балки может состоять из произвольного количества слоев, имеющих различные толщину и свойства компонентов. Материал каждого слоя функционально градиентен по ширине, толщине и длине. Трещина отслоения расположена произвольно по высоте балки. Скорость выделения энергии деформации получена путем анализа ее плотности в поперечном сечении балки перед и за фронтом трещины. Для верификации она дополнительно проанализирована с помощью энергии деформации балки. Выполнена оценка влияния градиента материала и расположения трещины по высоте балки на режим разрушения при отслоении.