Notched strength of carbon fibre/epoxy composite laminates with a circular hole

Abstract

 This paper improves the two stress fracture criteria proposed by Whitney and Nuismer (known as the point stress criterion and the average stress criterion) to predict the strength of composite laminates with a circular hole. In the point stress criterion, it is assumed that the failure occurs when the stress over some distance (d ₀) away from the notch is equal to or greater than the unnotched laminate strength. In the average stress criterion it is assumed that failure occurs when the average stress over some distance (a ₀) ahead of the notch equals the unnotched laminate strength. Both stress fracture criteria are two parameter models based on the unnotched strength (σ₀) and a characteristic dimension (d ₀ or a ₀). A simple relation is used for the characteristic length to improve the accuracy while evaluating the notched strength of carbon/epoxy composite laminates. The analytical results are compared well with the existing test results of AS4-carbon/948 A1 epoxy [0/90]_{4 s} and [0/±45/90]_{2 S} composite laminates with various hole diameters and specimen widths.

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird eine verbesserte Form der Bruchspannungskriterien von Whitney und Nuismer vorgestellt, die für die Berechnung der Spannungen in Verbundíaminaten verwendet wird, weiche eine runde Öffnung aufweisen. Der Ansatz mit einem lokalen spannungskriterium geht davon aus, daß ein Versagen des Werkstoffes dann auftritt, sobald die Spannung in einer bestimmmten Entfernung d ₀ von der Kerbe die Festigkeit des ungekerbten Laminates übserschreitet. Der Ansatz des mittieren Spannungskriterium legt zugrunde, daß ein Materialversagen dann auftritt, wenn die mittiere Spannung in einer bestimmten Entfernung a ₀ von der Einkerbung die Festigkeit des ungekerbten Laminates überschreitet. Beide Bruchspannungsansätze sind zweiparametrische Berechnungsansätze basierend auf der Festigkeit σ₀ des kerbfreien Material und einer charakteristischen Länge d ₀ bzw. a ₀. Eine relativ einfache Beziehung wird für die Bestimmung der charakteristischen Länge eingeführt, um die Berechnung der Kerbfestigkeit von Kohlefaser/Epoxid-Verbund-Laminaten zu verbessern. Die erhaltenen, analytischen Ergebnisse stimmen gut mit den verfügbaren Meßwerten von AS4-carbon/948 A1 epoxy [0/90]_{4 S} and [0/±45/90]_{2 S} Verbund-Laminaten unterschiedlicher Abmessungen überein.