VDI 2014 Blatt 3-2006 Development of Fibre-Reinforced Plastics components - Analysis.pdf
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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREEntwicklung von Bauteilenaus Faser-Kunststoff-VerbundBerechnungenDevelopment of FRP components(fibre-reinforced plastics)AnalysisVDI 2014Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft KunststofftechnikVDI-Handbuch KunststofftechnikVDI-Handbuch Ko
2、nstruktionVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth VerlagGmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie
3、 deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 59.100, 83.140.20 September 2006No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungs
4、bereich . . . . . . . . . . . . . 42 Abkrzungen, Begriffe, Symbole,Indizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Berechnungsablauf . . . . . . . . . . . . . . 143.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2 Auslegungsphilosophie . . . . . . . . . . 163.3 Berechnungsprogramme . . . . . .
5、 . . . 174 Modellierung der Schicht. . . . . . . . . . . 184.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 184.2 Eben beanspruchte Schicht . . . . . . . . 204.2.1 UD-Schicht (faserparalleles KOS) 204.2.2 G-Schicht und M-Schicht . . . . . 224.2.3 Drehung der UD-Schicht in dasLaminat-KOS . . . . . . .
6、 . . . . 234.2.4 Bercksichtigung der Schub-spannungen aus Querkraft beiUD-Schichten . . . . . . . . . . . 244.3 Rumlich beanspruchte Schichten . . . . 254.3.1 Mechanische Beanspruchung(faserparalleles KOS) . . . . . . . 254.3.2 Mechanische Beanspruchung einerUD-Schicht (gedrehtes KOS) . . . 274.4 Ei
7、nfluss von Beanspruchungsarten/-dauer 284.4.1 Kurzzeitbeanspruchung . . . . . . 284.4.2 Ruhende Langzeitbeanspruchung . 284.4.3 Schwingbeanspruchung . . . . . . 324.4.4 Stobeanspruchung . . . . . . . . 334.5 Festigkeitskriterien . . . . . . . . . . . . 334.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . 344
8、.5.2 Bruchbedingungen frUD-Schichten . . . . . . . . . . . 384.5.3 G-Schicht. . . . . . . . . . . . . . 464.5.4 M-Schicht . . . . . . . . . . . . . 474.5.5 Einzusetzende Festigkeitswerte . . 48Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Scope . . . . . . . . . . . . . . . . .
9、 . . . . 42 Abbreviations, terminology, symbols,superscripts and subscripts . . . . . . . . . 53 Analytical procedure . . . . . . . . . . . . . 143.1 General comments . . . . . . . . . . . . . 143.2 Design philosophy . . . . . . . . . . . . . 163.3 Computer programs . . . . . . . . . . . . 174 Model
10、ling the lamina . . . . . . . . . . . . . 184.1 General comments . . . . . . . . . . . . . 184.2 Two-dimensionally loaded lamina . . . . . 204.2.1 UD lamina (parallel-to-fibre COS) . 204.2.2 WF lamina and M lamina. . . . . . 224.2.3 Rotation of the UD laminainto the laminate COS . . . . . . . 234.2.
11、4 Inclusion of shear stresses from transverse forces in case of UD laminae . . . . . . . . . . . . . 244.3 Laminae subject to three-dimensionalloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.3.1 Mechanical loading (parallel-to-fibre COS) . . . . . . . 254.3.2 Mechanical loading of a UD lamina(rota
12、ted COS) . . . . . . . . . . . . 274.4 Influence of loading type and duration . . 284.4.1 Short-term load . . . . . . . . . . . 284.4.2 Long-term static load . . . . . . . . 284.4.3 Cyclic load . . . . . . . . . . . . . 324.4.4 Impact load . . . . . . . . . . . . . 334.5 Strength criteria . . . . .
13、. . . . . . . . . 334.5.1 General comments . . . . . . . . . 344.5.2 Fracture conditions forUD lamina . . . . . . . . . . . . . 384.5.3 WF lamina . . . . . . . . . . . . . 464.5.4 M lamina . . . . . . . . . . . . . . 474.5.5 Strength values to be used . . . . . 48Frhere Ausgabe: 04.97 Entwurf,deutsc
14、hFormer edition: 04/97 Draft; in German onlyB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20062 VDI 2014 Blatt 3 / Part 3Part 3Seite4.6 Anwendung
15、 von Berechnungs-programmen. . . . . . . . . . . . . . . . . 484.6.1 UD-Schicht . . . . . . . . . . . . . 484.6.2 G-Schicht . . . . . . . . . . . . . . 505 Modellierung des Laminates. . . . . . . . . 505.1 Ermittlung von Spannungen und Verzerrungen . . . . . . . . . . . . . . . . 515.1.1 Netztheorie
16、. . . . . . . . . . . . . . 515.1.2 Klassische Laminattheorie (CLT) . . 575.1.3 Interlaminare Spannungen (ILS) . . 635.1.4 Bercksichtigung der Verzerrungaus Schubspannungen durchQuerkraft. . . . . . . . . . . . . . . 705.1.5 Behandlung von Kerben. . . . . . . 715.2 Schichtenweise Bruchanalyse . . .
17、. . . . 745.2.1 Grundstzliche Betrachtungen . . . 745.2.2 Nichtlineare Spannungsanalyse vor dem ZFB . . . . . . . . . . . . . . . 755.2.3 Kontinuierliche Modulabminderung(Degradation) nach dem ZFB . . . . 795.2.4 Auswirkung von FB . . . . . . . . . 835.2.5 Vereinfachungen und selektive Nachprfung .
18、. . . . . . . . . . . . 835.2.6 Manahmen zur zielgerichteten Verbesserung von Laminaten . . . . 845.3 Anwendung der schichtenweisen Bruch-analyse fr verschiedene Beanspruchungs-arten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855.3.1 Kurzzeitbeanspruchung . . . . . . . 855.3.2 Langzeitbeanspruchung . .
19、 . . . . . 855.4 Schwingbeanspruchte Laminate . . . . . . 915.4.1 Schdigungsvorgnge . . . . . . . . 915.4.2 Darstellung von Schwingfestigkeits-ergebnissen. . . . . . . . . . . . . . 945.4.3 Bauteilbelastungsgeschichte. . . . . 985.4.4 Methoden der Schwingfestigkeits-analyse . . . . . . . . . . . . .
20、 . . . 995.4.5 Auslegungshinweise. . . . . . . . . 1015.5 Anwendung von Berechnungs-programmen. . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.5.1 Laminat-Analyseprogramme . . . . 1005.5.2 FEM . . . . . . . . . . . . . . . . . 1035.5.3 Berechnung des Streckungsfak-tors der lastbedingten Spannungen bei gleichz
21、eitig vor-handenen Eigenspannungen. . . . . 1046 Bauteilberechnung . . . . . . . . . . . . . . 1076.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 1076.2 Stabilittsberechnungen. . . . . . . . . . . 1096.2.1 Knicken von Stben . . . . . . . . . 1116.2.2 Beulung ebener Platten . . . . . . . 1126.2.3 B
22、eulung zylindrisch gekrmmterFlchentrger . . . . . . . . . . . . . . 1156.2.4 Anmerkungen . . . . . . . . . . . . . . 1226.2.5 Berechnungen mit FEM . . . . . . . . . 124fSLPage4.6 Application of calculation programs . . . 484.6.1 UD lamina . . . . . . . . . . . . . 484.6.2 WF lamina . . . . . . . . .
23、 . . . . 505 Modelling the laminate. . . . . . . . . . . . 505.1 Determining stresses and strains. . . . . . 515.1.1 Netting theory . . . . . . . . . . . 515.1.2 Classical laminate theory (CLT) . . 575.1.3 Interlaminar stresses (ILS) . . . . . 635.1.4 Taking into account thestrains arising from shea
24、r stresses due to transverse forces. . . . . . . 705.1.5 Treatment of notches . . . . . . . . 715.2 Lamina-by-lamina fracture analysis . . . . 745.2.1 Fundamental aspects . . . . . . . . 745.2.2 Non-linear stress analysis before IFF. . . . . . . . . . . . . . 755.2.3 Continuous modulus reduction (de
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