Rezime

Laminatni kompoziti igraju važnu ulogu u izradi aviona, vetrogeneratora, brodova, automobila i različitih elemenata u mašinstvu i građevinarstvu. Na primer, delovi kosmičkih konstrukcija su izrađeni od tankozidnih cilindričnih ili sferičnih ljuski koje imaju odlične odnose krutost-težina i čvrstoća-težina. Takođe je dobro poznato da ojačanje armirano-betonskih greda ili ploča uz pomoč polimera ojačanih vlaknima daje odlične rezultate u konstrukcijama, uz mali utrošak vremena i umereno visoku cenu. Konačno, sendvič ploče se široko primenjuju u građevinarstvu u vidu krovnih ili fasadnih panela kako bi se obezbedila termička izolacija zgrada. Iz ovih razloga, numerička analiza laminatnih kompozitnih i sendvič konstrukcija sve više privlači pažnju istraživača u različitim inženjerskim disciplinama. Veoma je važno da idealna veza susednih slojeva u laminatu ostane neoštećena kako bi se panel ponašao na projektovanom nivou. Međutim, razlika u materijalnim osobinama susednih slojeva, uz uticaj nekih dodatnih faktora, može da izazove delaminaciju koja smanjuje krutost konstrukcije i dovodi do njenog neočekivanog ponašanja. Da bi se predvideo odgovor oštećene konstrukcije potreban je numerički model koji je u stanju da opiše kinematiku ploče ili ljuske sa delaminacijom. Određena ograničenja teorija laminatnih ploča zasnovanih na jednom ekvivalentnom sloju (ESL) motivisala su istraživače da razvijaju složenije (slojevite) teorije ploča za analizu laminatnih kompozita. Iz ovog razloga, predmet ovog istraživanja zasniva se na redukciji trodimenzionalnog problema teorije elastičnosti na dvodimenzionalni problem primenom Redijeve Opšte Laminatne Teorije Ploča (GLPT), koja je u mogućnosti da opiše kinematiku delaminacije. GLPT predstavlja osnovu za razvijanje složenih slojevitih konačnih elemenata koji su primenjeni u numeričkom rešavanju različitih problema. Zatim su slojeviti konačni elementi ploče primenjeni u numeričkom ispitivanju laminatnih kompozitnih ljuski sa delaminacijama, primenom jednostavnih transformacija koje su prikazane u ovom istraživanju. Kako bi se precizno ispitao problem izbočavanja laminatnih kompozita, kao i za ispitivanje uticaja velikih rotacija na dinamički odgovor kompozitnih i sendvič ploča sa delaminacijama, u obzir je uzeta geometrijska nelinearnost bazirana na von Karman-ovim pretpostavkama. Pored numeričkog rešenja, dato je i analitičko (Navier-ovo) rešenje u linearnoj dinamičkoj analizi neoštećenih pravougaonih slobodno oslonjenih kompozitnih ploča pomoću dvostrukih Fourier-ovih redova. Prilikom kretanja ploče može se formirati mali razmak između susednih slojeva u zonama delaminacije. Kako se prethodno prisutna delaminacija može otvarati i zatvarati pri dinamičkom opterećenju, uveden je nelinearni čvor-čvor kontaktni algoritam koji sprečava međusobno preklapanje slojeva. Zatim je primenjen energetski kriterijum zasnovan na metodi pod nazivom Virtual Crack Closure Technique kako bi se predvidelo širenje delaminacije pri statičkom i dinamičkom opterečenju. Algoritam omogućava promenu oblika prethodno ubačene delaminacije. Razlike između rešenja koje razmatra jedino stacionarnu delaminaciju i rešenja koje omogućava propagaciju delaminacije su na kraju istaknute u ovom radu. Pre- i post-processing faze u numeričkim simulacijama su sprovedene primenom programa GiD Pre/Post Processor razvijenog u CIMNE, Barselona. Svi numerički modeli i procedure rešavanja su kodirane u originalnom objektno-orjentisanom MATLAB programu. Teoretska razmatranja su potvrđena kroz mnoštvo numeričkih primera savijanja, slobodnih vibracija, izbočavanja i dinamičke analize laminatnih kompozitnih i sendvič ploča i ljuski sa delaminacijama. Kada god je bilo moguće, dobijeni rezultati su upoređeni sa tačnim, analitičkim, numeričkim i eksperimentalnim rezultatima iz literature. Zatim je prikazano mnoštvo novih rezultata (naročito za oštećene konstrukcije) koji če služiti kao odrednice za buduća istraživanja. Na kraju su izvedeni zaključci i date preporuke za budući rad u ovoj oblasti.