具有自由邊的複合材料層板縱使承受平面負荷亦可能在自由邊發生脫層的 現象,此現象嚴重影響層板承受負載的能力,尤其是對於疲勞負荷。而層 與層間之界面應力在自由邊的應力集中現象是造成脫層的主因,界面應力 之存在導因於層與層材料性質的差異。設法降低界面應力將有助於提升層 板抑制脫層的能力。本研究針對金屬基材複合材料層板,利用金屬較一般 聚合物類基材有較高強度之優點作成覆蓋表層,以限制層板於承受均勻拉 伸時自由邊在厚度方向之變形,進而降低界面應力。所分析的層係以硼/ 鋁為材料之[0/90/90/0],[90/0/0/90]及[45/-45/-45/45]層板,運用虛 擬三維位移場的分析技巧及有限元素法計算層板應力。對於 [0/90/90/0 ] 及[90/0/0/90]層板,覆蓋表層提供了降低界面正向應力的有效方法, 而[45/-45/-45/45]層板之界面剪應力亦因覆蓋表層而獲得明顯降低,對 於其它界面應力則無顯著作用。而覆蓋表層與層板間由於蒲松比的差異所 引起在界面交接處的應力集中現象則採用變化纖維含量的方式解決,在變 化纖維含量的方式上採沿寬度方向作線性變化直達層板自由邊,而應力集 中屬於局部現象,因此選擇臨近自由邊處起始變化即可獲得良好的效果。 基於對層板整體的考量,同時改變每一單層的纖維含量既可解決覆蓋表層 及層板間的應力集中問題,更促使層與層間之界面應獲得全面有效之降低 。
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