有裂縫複合材料板的力學行為

Abstract

本文係研究複合材料結構在含有裂縫下的力學行為。複合材料的剛性(stiffness) 可 以因應需求而設計，但剛性可能會因為使用時的受力情形而有重大的變化，特別是會 影到變形的改變，振動特徵值的轉變應力和應變的重新分佈，這些改變都會影響到使 用的壽命安全性，所以必須特別注意，好好研究。 影響複合材料剛性改變因素大致可分為四項：（一）母材(matrix)的龜裂。（二）纖 維和母材的介面分離。（三）纖維斷裂。（四）空隙在成長，也可說是疊層的分離或 脫層(delamination)，在破壞的過程當中四種四素常常會伴隨產生，最導致全部的破 壞。在本文□針對著最易產生的項目一母材的龜裂作研究，其他部分假設尚未產生成 利用修正係數作適度的修正。 在本文□採用剪力遲滯模式(shear-lag model) 模擬母材龜裂的現象，並假設裂縫是 沿著纖維的方向貫穿。利用能量法(energy method) 建立剛性矩陣，然後再利用剛性 矩陣可以算出有裂縫複合材料的力學行為，並且可以看出其影響之程度，做為設計之 參考。 影響剛性矩陣的困素有（一）裂縫密度(crack density) 。（二）模數矩陣(modulus matrix) 。而本文針對正交的材料(cross ply) 作探討是因為正交材料受力時，龜裂 的現象佔主要部分，與實驗較相近，其它種材料的破壞因伴隨的困素較多，所以祇考 慮龜裂現象時誤差較大，但仍能看出其趨勢，所以仍然有其用價值。