A method for the post-failure analysis of the laminated composite was presented. The failure of the laminated composite was classified into the matrix failure and the fiber failure. Macroscopic failure models for these failure were implemented to a finite element method for the description of the behavior of laminated composite after first ply failure. In the finite element analysis, material nonlinearity induced from the nature of damaged ply constitutive relation was accounted for by the formulation. The stiffness change of the matrix cracked lamina was evaluated by using of shear lag analysis, and the behavior of fiber directional failure was modeled with the conception of fiber bundle failure. Shear lag method was extended to describe the matrix crack developed by the in-plane shear deformation. The validity of the stiffness reduction model was confirmed by comparing with the result of finite element analysis for the unit matrix crack. Present analysis showed better agreement with experimental results than previous simple analysis for the stress-strain relation of flat specimen. The damage accumulation of the composite laminate with a hole was analyzed with the presented method. The effect of the mesh size and the size of the load increment on the ultimate failure load were investigated to guarantee the consistency of the analysis. The damage progression of the laminate subject to tensile and compressive loading was compared. It has shown that the matrix crack could be generated by the shear deformation in the laminate with a hole subject to compressive loading. The type and the size of damage, the stress state after matrix failure, the ultimate failure load, and the matrix crack density were referred in the analysis. Results of the present analysis were compared with those of other analysis method. Besides that the present model has used more accurate stiffness of the matrix cracked ply, the present analysis has predicted the stress state and the matrix crack density. The present method can be used to provide basic informations necessary for the damage tolerance design and the post-failure analysis.
복합재 적층 구조물의 초기파손후의 거동을 해석하기 위한 방법을 제시하였다. 복합재의 파손을 모재파손과 섬유파손으로 분류하고 각각의 파손을 묘사하는 거시적인 파손모델을 유한요소해석법에 도입하였다. 유한요소해석에서 응력과 변형률은 고전적층판이론을 기초로 하여 해석하였으며, 파손으로 인한 강성저하를 묘사하기 위하여 재료비선형을 고려하여 수식화 하였다. 모재균열로 인한 거동의 변화는 전단지연해석을 도입하여 묘사하였으며, 섬유방향의 파손거동은 섬유다발의 파손개념을 이용하여 모델링 하였다. 전단변형으로 인한 모재균열의 생성과 그것이 강성에 미치는 효과를 고려하기 위하여 기존의 전단지연해석방법을 확장하였으며, 단위 모재균열에 대해 유한요소해석을 수행함으로써 파손 모델링의 타당성과 강성저하 평가의 정확도를 검증하였다. 유한요소해석법에 도입하기 위해서 모재균열이 발생된 층의 접선강성을 모재균열밀도의 함수로 유도했으며, 모재균열밀도는 파손식과 모재균열과 모재균열사이의 평균병형률로부터 구하였다. 본 방법을 이용하여 구한 응력 변형률 관계를 평시험편에 대한 실험결과와 비교하여 기존의 다른 해석방법보다 잘 일치함을 보였다. 제시된 방법을 이용하여 원공이 존재하는 복합재 적층판에 대하여 해석을 수행하였다. 해석된 결과의 일관성을 보여주기 위하여 먼저 요소의 크기와 하중증분의 크기가 적층판의 파손하중에 미치는 영향을 조사하였다. 본 해석방법을 다른 해석방법과 비교하였으며, 여러가지 섬유방향을 갖는 복합재 적층판에 대한 해석을 수행하였다. 원공의 직경과 폭의 비가 변함에 따른 해석을 수행한 후에, 최종파단하중을 실험에서 평가한 값과 비교하여 대체로 잘 일치함을 보였다. 원공이 있는 복합재 적층판에 압축하중이 작용하는 경우에 대한 해석을 수행하여 파손양상을 인장하중의 경우와 비교하였다. 원공이 있는 복합재 적층판에서는 압축하중이 작용하는 경우에도 전단변형에 의해 모재균열이 예측되었다. 본 해석을 수행하여 파손양상, 파손영역, 파손하중, 파손층의 응력상태, 그리고 모재균열밀도등 손상허용설계에 유용한 정보를 얻을 수 있었다. 본 방법은 전단지연해석을 도입함으로써 파손후의 강성에 대한 보다 정확한 값을 사용하였으며, 파손층의 응력상태를 보다 정확히 평가할 수 있고 모재균열밀도를 예측할 수 있는 것이 특징이다. 제시된 해석방법은 유한요소해석법을 이용하기 때문에 실제 구조물에 대한 응용이 가능하므로 손상허용설계와 파손후의 거동을을 예측하는데 필요한 정보를 제시할 수 있는 방법으로 사용할 수 있다.
