1. IntroductionFiber-reinforced pol

1. Introduction

Fiber-reinforced polymer (FRP) composites are widely applied in aerospace, marine, and many other industries due to their lightweight, high stiffness, strength, and damping properties [1]. In order to get strong and reliable structures, it is very important to study the mechanical behavior of FRP. In the studies, the finite element method is proved to be effective and successful which can predict the behavior of composite structures under various loading conditions. From the literatures, many researches can be found on the behavior of composites, such as buckling loads, modal characteristics, damage, and failure. Zhang and Yang [2] gave comprehensive reviews and some of the future research on composite laminated plates. Orifici et al. [3] also gave a critical review to assess the state of the art in material constitutive modeling and composite failure theories. They summarized the various theories and approaches within the context of the dissipated energy framework. The dissipated energy function, with units of energy per unit volume, could be determined from experimental testing and was postulated to be a property of the material. Based on the continuum damage mechanics (CDM), Liu and Zheng [4] reviewed the damage constitutive modeling, the failure criteria, and the finite element implementation in the progressive failure analysis which predicted the stiffness degradation and failure strengths of composite laminates. Specially, the methodologies to solve the numerical convergence problems due to the loss of element stiffness in the finite element analysis were discussed.

The failure behavior and damage analysis of the composite laminated structures by the finite element method are paid the most attention by researchers. Michopoulos’s work [5] shows that there is a relationship among many criteria. Hinton et al. [6–11] listed 19 theories of failure criteria proposed for composite laminates and gave a comparison of their predictive capabilities. They showed similarities and differences between the predictions of the 19 theories by comparing the initial and final failure envelopes and representative stress-strain curves. They also explained the differences between the predictions. They did not intend to prove which theory is the best but just clarified their differences between their predictions.

Despite a large number of published papers on the damage and failure behavior of the composite laminates under various loadings, a very effective criterion to predict the failure behavior of composites has not achieved yet. Several widely used phenomenological failure criteria, such as the maximum stress, Hoffman, Tsai-Wu, and Tsai-Hill failure criteria [8, 11–14], are proposed to describe the whole ply failure of composite material structures. Other popular phenomenological failure criteria, such as Hashin criteria, Hou criteria, Chang-Chang criteria, Linde criteria, LaRC04 criteria, and Maimí criteria [15–21], can describe the damage process of composite structures in detail, such as fiber breakage, fiber buckling, matrix cracking, therefore, matrix compression. All these criteria cannot be adjusted by experiments. Therefore, any special properties of composite material cannot be considered by these criteria. By studying the problems of dynamic bending failure of composite laminated beams, Santiuste et al. [22] suggested that Hashin criteria may be suitable for ductile composite material, and Hou criteria may be suitable for brittle material in unidirectional laminated beams. Therefore, for different material and different structures, just one failure criterion which cannot be adjusted by experiments could not satisfy various requirements.

When we use some known criteria in our study directly, it has used a supposition that material properties used in your own engineering are the same as that in the study which proposed the known criteria. In fact, the failure criteria should be decided by experiments. If one criterion is decided by experiments, the criterion can consider special properties of any material used in engineering. And also, you can use the new failure criteria in numerical simulation to get better numerical results. Here we try to propose new two-dimensional polynomial failure criteria, which can be adjusted by experiments.

New two-dimensional polynomial failure criteria with four internal parameters for composite laminates are proposed in the paper. Four distinct failure modes including fiber tensile failure, fiber compressive failure, matrix tensile failure, and matrix compressive failure are considered in the extended criteria. Meanwhile, when some special values are given to the four internal parameters, the extended criteria will become some classical failure criteria such as Chang-Chang criteria, Hashin criteria, and Hou criteria in two-dimensional case. Finally, the features of the failure criteria are discussed in detail. And one example that chooses proper values for the parameters in the criteria is given.

Hasil (Bahasa Indonesia) 1:

1. PendahuluanKomposit diperkuat-polimer (FRP) secara luas diterapkan di Dirgantara Kelautan dan industri-industri lain karena mereka ringan, kekakuan tinggi, kekuatan, dan redaman properti [1]. Untuk mendapatkan struktur kuat dan dapat diandalkan, hal ini sangat penting untuk mempelajari perilaku mekanis FRP. Dalam studi, metode elemen hingga terbukti efektif dan sukses yang dapat memprediksi perilaku komposit struktur di bawah berbagai kondisi loading. Dari literatur, banyak penelitian dapat ditemukan pada perilaku komposit, seperti Tekuk beban, karakteristik modal, kerusakan dan kegagalan. Zhang dan Yang [2] memberi ulasan yang komprehensif dan beberapa penelitian masa depan pada piring berlapis ter berlaminasi komposit. Orifici et al. [3] juga memberikan sebuah tinjauan kritis untuk menilai keadaan seni di bahan konstitutif pemodelan dan teori-teori gabungan kegagalan. Mereka diringkas berbagai teori dan pendekatan dalam konteks kerangka dihamburkan energi. Fungsi dihamburkan energi, dengan unit energi per satuan volume, dapat ditentukan dari pengujian eksperimental dan mendalilkan menjadi sebuah properti dari bahan. Berdasarkan mekanika kontinum kerusakan (CDM), Liu dan Zheng [4] ditinjau modeling konstitutif kerusakan, kegagalan kriteria dan implementasi metoda unsur dalam analisis kegagalan progresif yang diprediksi kekakuan degradasi dan kegagalan kekuatan laminasi komposit. Khusus, metodologi untuk memecahkan masalah numerik konvergensi karena hilangnya elemen kekakuan pada terbatas analisis elemen dibahas.Analisis perilaku dan kerusakan kegagalan dari struktur dilaminasi komposit dengan metode elemen hingga dibayar paling perhatian oleh peneliti. Michopoulos's karya [5] menunjukkan bahwa ada hubungan antara berbagai kriteria. Hinton et al. [6-11] terdaftar 19 teori kegagalan kriteria diusulkan untuk laminasi komposit dan memberikan perbandingan dari kemampuan prediksi mereka. Mereka menunjukkan persamaan dan perbedaan antara prediksi teori-teori 19 dengan membandingkan kegagalan awal dan akhir amplop dan perwakilan stres ketegangan kurva. Mereka juga menjelaskan perbedaan antara prediksi. Mereka tidak berniat untuk membuktikan teori yang terbaik tetapi hanya menjelaskan perbedaan antara mereka prediksi.Meskipun sejumlah besar karya-karya yang dipublikasikan pada perilaku kerusakan dan kegagalan laminasi komposit di bawah berbagai bongkar muat, kriteria yang sangat efektif untuk memprediksi perilaku kegagalan komposit belum mencapai belum. Beberapa banyak digunakan kriteria fenomenologis kegagalan stres maksimum, Hoffman, Tsai-Wu, dan Tsai-Hill kegagalan kriteria [8, 11-14], yang diusulkan untuk menggambarkan kegagalan lapis seluruh struktur bahan komposit. Kriteria kegagalan fenomenologis populer lainnya, seperti Hashin kriteria, Hou kriteria, Chang Chang kriteria, kriteria Linde, kriteria LaRC04 dan Maimí kriteria [15-21], dapat menggambarkan proses kerusakan komposit struktur secara detail, seperti kerusakan serat, serat Tekuk, matriks retak, oleh karena itu, matriks kompresi. Semua kriteria tersebut tidak dapat disesuaikan dengan percobaan. Oleh karena itu, setiap properti khusus material komposit tidak dapat dianggap oleh kriteria ini. Dengan mempelajari masalah dinamis membungkuk kegagalan komposit dilaminasi balok, Santiuste et al. [22] menyarankan bahwa kriteria Hashin mungkin cocok untuk material komposit yang ulet, dan kriteria Hou mungkin cocok untuk bahan rapuh di searah dilaminasi balok. Oleh karena itu, untuk bahan yang berbeda dan struktur yang berbeda, hanya satu kegagalan kriteria yang tidak diatur oleh eksperimen bisa tidak memenuhi berbagai persyaratan.Ketika kita menggunakan beberapa kriteria yang dikenal dalam studi kami secara langsung, itu digunakan anggapan bahwa sifat-sifat material yang digunakan dalam teknik Anda sendiri yang sama dalam studi yang diusulkan kriteria dikenal. Pada kenyataannya, kriteria kegagalan harus ditentukan oleh eksperimen. Jika satu kriteria diputuskan oleh eksperimen, kriteria yang dapat mempertimbangkan sifat khusus setiap bahan yang digunakan dalam teknik. Dan juga, Anda dapat menggunakan kriteria kegagalan baru dalam simulasi numerik untuk mendapatkan hasil yang lebih baik numerik. Di sini kita mencoba untuk mengusulkan kriteria kegagalan polinomial dua dimensi baru, yang dapat disesuaikan dengan percobaan.Kriteria kegagalan polinomial dua dimensi baru dengan empat parameter internal untuk komposit laminasi yang diusulkan dalam karya. Empat mode kegagalan yang berbeda termasuk kegagalan tarik serat, serat tekan kegagalan, kegagalan tarik matriks dan matriks tekan kegagalan dianggap dalam kriteria diperpanjang. Sementara itu, ketika beberapa nilai-nilai khusus diberikan untuk empat parameter internal, kriteria diperpanjang akan menjadi beberapa kriteria kegagalan klasik seperti kriteria Chang Chang, kriteria Hashin dan Hou kriteria dalam kasus dua dimensi. Akhirnya, fitur dari kegagalan kriteria dibahas secara rinci. Dan salah satu contoh yang memilih nilai-nilai yang tepat untuk parameter dalam kriteria yang diberikan.

Hasil (Bahasa Indonesia) 2:

1. Pendahuluan Fiber-diperkuat polimer (FRP) komposit secara luas diterapkan di ruang angkasa, kelautan, dan industri lainnya karena mereka ringan, kekakuan tinggi, kekuatan, dan sifat redaman [1]. Dalam rangka untuk mendapatkan struktur yang kuat dan dapat diandalkan, sangat penting untuk mempelajari perilaku mekanik FRP. Dalam penelitian, metode elemen hingga terbukti efektif dan sukses yang dapat memprediksi perilaku struktur komposit dalam berbagai kondisi pembebanan. Dari literatur, banyak penelitian dapat ditemukan pada perilaku komposit, seperti tekuk beban, karakteristik modal, kerusakan, dan kegagalan. Zhang dan Yang [2] memberikan ulasan komprehensif dan beberapa penelitian di masa depan komposit piring dilaminasi. Orifici et al. [3] juga memberikan tinjauan kritis untuk menilai keadaan seni dalam bahan pemodelan konstitutif dan teori kegagalan komposit. Mereka meringkas berbagai teori dan pendekatan dalam konteks kerangka energi dihamburkan. Fungsi energi dihamburkan, dengan unit energi per satuan volume, dapat ditentukan dari pengujian eksperimental dan mendalilkan menjadi milik material. Berdasarkan mekanisme kerusakan kontinum (CDM), Liu dan Zheng [4] Ulasan pemodelan kerusakan konstitutif, kriteria kegagalan, dan pelaksanaan elemen hingga dalam analisis kegagalan progresif yang diperkirakan degradasi kekakuan dan kekuatan kegagalan laminasi komposit. Khususnya, metodologi untuk memecahkan masalah konvergensi numerik karena hilangnya kekakuan elemen dalam analisis elemen hingga dibahas. Perilaku kegagalan dan kerusakan analisis komposit laminasi struktur dengan metode elemen hingga dibayar perhatian yang besar oleh para peneliti. Karya [5] Michopoulos menunjukkan bahwa ada hubungan antara banyak kriteria. Hinton et al. [6-11] terdaftar 19 teori kriteria kegagalan diusulkan untuk laminasi komposit dan memberi perbandingan kemampuan prediksi mereka. Mereka menunjukkan persamaan dan perbedaan antara prediksi dari 19 teori dengan membandingkan amplop kegagalan awal dan akhir dan kurva tegangan-regangan perwakilan. Mereka juga menjelaskan perbedaan antara prediksi. Mereka tidak berniat untuk membuktikan teori yang adalah yang terbaik tetapi hanya mengklarifikasi perbedaan mereka antara prediksi mereka. Meskipun sejumlah besar makalah yang diterbitkan pada kerusakan dan kegagalan perilaku laminasi komposit dengan berbagai beban, kriteria sangat efektif untuk memprediksi perilaku kegagalan komposit belum dicapai belum. Beberapa banyak digunakan kriteria kegagalan fenomenologis, seperti tegangan maksimum, Hoffman, Tsai-Wu, dan Tsai-Hill kegagalan kriteria [8, 11-14], diusulkan untuk menggambarkan kegagalan seluruh lapis struktur material komposit. Kriteria lain yang populer fenomenologis kegagalan, seperti kriteria Hashin, kriteria Hou, kriteria Chang-Chang, kriteria Linde, kriteria LaRC04, dan Maimi kriteria [15-21], dapat menggambarkan proses kerusakan struktur komposit secara rinci, seperti serat kerusakan, serat tekuk, matriks retak, oleh karena itu, kompresi matriks. Semua kriteria ini tidak dapat disesuaikan dengan eksperimen. Oleh karena itu, setiap sifat khusus dari material komposit tidak dapat dipertimbangkan oleh kriteria ini. Dengan mempelajari masalah kegagalan lentur dinamis komposit laminasi balok, Santiuste et al. [22] menyarankan bahwa kriteria Hashin mungkin cocok untuk bahan ulet komposit, dan kriteria Hou mungkin cocok untuk bahan rapuh di searah dilaminasi balok. Oleh karena itu, untuk bahan yang berbeda dan struktur yang berbeda, hanya satu kriteria kegagalan yang tidak dapat disesuaikan dengan eksperimen tidak bisa memenuhi berbagai persyaratan. Ketika kita menggunakan beberapa kriteria yang dikenal dalam penelitian kami langsung, telah menggunakan anggapan bahwa sifat bahan yang digunakan dalam teknik Anda sendiri sama seperti yang dalam studi yang diusulkan kriteria dikenal. Bahkan, kriteria kegagalan harus diputuskan oleh eksperimen. Jika salah satu kriteria yang ditentukan oleh percobaan, kriteria dapat mempertimbangkan sifat khusus dari setiap bahan yang digunakan dalam rekayasa. Dan juga, Anda dapat menggunakan kriteria kegagalan baru dalam simulasi numerik untuk mendapatkan hasil yang lebih baik numerik. Di sini kita mencoba untuk mengusulkan kriteria kegagalan baru dua dimensi jumlahnya banyak, yang dapat disesuaikan dengan eksperimen. kriteria kegagalan polinomial dua dimensi Baru dengan empat parameter internal laminasi komposit diusulkan di koran. Empat mode kegagalan yang berbeda termasuk kegagalan serat tarik, kegagalan tekan serat, kegagalan matriks tarik, dan kegagalan tekan matriks dianggap dalam kriteria diperpanjang. Sementara itu, ketika beberapa nilai khusus yang diberikan kepada empat parameter internal, kriteria diperpanjang akan menjadi beberapa kriteria kegagalan klasik seperti kriteria Chang-Chang, kriteria Hashin, dan kriteria Hou dalam kasus dua dimensi. Akhirnya, fitur kriteria kegagalan dibahas secara rinci. Dan salah satu contoh yang memilih nilai-nilai yang tepat untuk parameter dalam kriteria diberikan.