Abstract
Free vibration characteristics of a cantilevered laminated composite beam with multiple non-propagating transverse open cracks are investigated. In the present analysis a special ply-angle distribution referred to as asymmetric stiffness configuration inducing the elastic coupling between chord-wise bending and extension is considered. The multiple open cracks are modelled as equivalent rotational springs whose spring constants are calculated based on the fracture mechanics of composite material structures. Governing equations of a composite beam with open cracks are derived via Hamilton's Principle and Timoshenko beam theory encompassing transverse shear and rotary inertia effect is adopted. The effects of various parameters such as the ply angle, fiber volume fraction, crack numbers, crack positions and crack depthes on the free vibration characteristics of the beam with multiple cracks are highlighted. The numerical results show that the existence of the multiple cracks in an anisotropic composite beam affects the free vibration characteristics in a more complex fashion compared with the beam with a single crack.
모든 층을 한 방향으로 적층하여 횡방향 굽힘과 축방향 인장운동이 연성되어 나타나는 복합재료 외팔보에 다중횡방향 개구형 크랙이 있는 경우에 대하여 자유진동 특성을 고찰하였다. 모든 크랙 위치에서의 파괴역학적 특성을 스프링 상수로 변환하여 산출하고 크랙사이 구간의 보를 전단변형 및 회전관성효과를 포함하여 해밀톤 원리로부터 운동방정식 및 경계조건을 유도하고, 라플라스 변환법을 사용하여 자유진동 특성에 관한 해를 구하였다. 복합재료의 설계 변수로서 섬유 체적비와 적층각을 설정하였으며, 크랙의 외형적 변수로서 크랙의 갯수, 분포 위치 및 크랙 깊이를 설정하여 이들 변수에 대한 고유진동수 및 모드형상의 변화 경향을 도출함으로써 임의의 다수 크랙이 분포되어 있는 보다 실제적인 상황에서의 진동변화에 근거를 둔 비파괴 검사가 이루어질 수 있는 방안에 대하여 연구하였다. 해석 결과 복합재료 보에 단일 크랙이 있는 경우에 비해 다중 크랙이 있는 경우가 여러 가지 변수에 대해 훨씬 복잡한 형태로 나타나고 있음을 보여준다.