Fiber Reinforced Polymer (FRP) laminates have properties, which are highly dependent on the ply fiber orientations and which can be designed for optimum laminate performance. The purpose of this study is to investigate the effect of matrix cracking on the mechanical properties of FRP laminates with various off-axis angles, and to provide a critical test for an analytical solution using variational stress analysis. Carbon and glass fiber reinforced polymer laminates (CFRP and GFRP) are tested. FRP prepregs are cured by using autoclave method to form laminates with layups [θm/ φn]s. The laminates are then loaded monotonically and cyclically to obtain their mechanical properties and the effect of matrix cracks on the properties. Some of the effects include reduction of laminates’ stiffness and residual strains after unloading. In order to obtain higher crack densities in specimens, artificial cracks method was introduced in this study, where notches were made at the edges of some specimens before tested in tension. Cracks observation for CFRP laminates is done by using the X-ray technique, while for GFRP laminates a DSLR camera is used. The measured stiffness reduction as a function of the crack density is compared to an analytical prediction for cracked angle-ply laminates based on a variational stress analysis. The experimental results for stiffness reduction agree well with the analytical results. Understanding the behavior of damaged laminates with simple configurations, as performed in this study, is of high importance for prediction of damage effects on laminates with more complex configuration, e.g. with quasi-isotropic layups.

中文翻译：

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基质开裂对FRP层压板力学性能的影响

纤维增强聚合物（FRP）层压板具有高度依赖于帘布层纤维取向的性能，并且可以针对最佳层压板性能进行设计。这项研究的目的是研究基体开裂对各种离轴角的FRP层压板的机械性能的影响，并为使用变应力分析的分析解决方案提供关键测试。测试了碳纤维和玻璃纤维增​​强的聚合物层压板（CFRP和GFRP）。通过使用高压釜法将FRP预浸料固化，以形成叠层[θm/φn] s的层压板。然后将层压材料单调和周期性加载，以获得其机械性能以及基体裂纹对其性能的影响。一些影响包括降低层压板的刚度和卸载后的残余应变。为了获得更高的试样裂纹密度，本研究引入了人工裂纹法，即在拉伸试验之前在某些试样的边缘处开槽。CFRP层压板的裂纹观察是通过X射线技术完成的，而GFRP层压板则使用DSLR相机。将测得的作为裂纹密度的函数的刚度降低与基于变化应力分析的裂纹角铺层层压板的分析预测进行比较。刚度降低的实验结果与分析结果吻合良好。如本研究所述，了解具有简单配置的受损层压板的行为对于预测具有更复杂配置（例如准各向同性铺层）的层压板的损坏效果具有非常重要的意义。在这项研究中引入了人工裂缝方法，该方法是在进行拉伸试验之前在一些试样的边缘上开槽。CFRP层压板的裂纹观察是通过X射线技术完成的，而GFRP层压板则使用DSLR相机。将测得的作为裂纹密度的函数的刚度降低与基于变化应力分析的裂纹角铺层层压板的分析预测进行比较。刚度降低的实验结果与分析结果吻合良好。如本研究所述，了解具有简单配置的受损层压板的行为对于预测具有更复杂配置（例如准各向同性铺层）的层压板的损坏效果具有非常重要的意义。在这项研究中引入了人工裂缝方法，该方法是在进行拉伸试验之前在一些试样的边缘上开槽。CFRP层压板的裂纹观察是通过X射线技术完成的，而GFRP层压板则使用DSLR相机。将测得的作为裂纹密度的函数的刚度降低与基于变化应力分析的裂纹角铺层层压板的分析预测进行比较。刚度降低的实验结果与分析结果吻合良好。如本研究所述，了解具有简单配置的受损层压板的行为对于预测具有更复杂配置（例如准各向同性铺层）的层压板的损坏效果具有非常重要的意义。在进行拉伸测试之前，先在一些试样的边缘上刻一些缺口。CFRP层压板的裂纹观察是通过X射线技术完成的，而GFRP层压板则使用DSLR相机。将测得的作为裂纹密度的函数的刚度降低与基于变化应力分析的裂纹角铺层层压板的分析预测进行比较。刚度降低的实验结果与分析结果吻合良好。如本研究所述，了解具有简单配置的受损层压板的行为对于预测具有更复杂配置（例如准各向同性铺层）的层压板的损坏效果具有非常重要的意义。在进行拉伸测试之前，先在一些试样的边缘上刻一些缺口。CFRP层压板的裂纹观察是通过X射线技术完成的，而GFRP层压板则使用DSLR相机。将测得的作为裂纹密度的函数的刚度降低与基于变化应力分析的裂纹角铺层层压板的分析预测进行比较。刚度降低的实验结果与分析结果吻合良好。如本研究所述，了解具有简单配置的受损层压板的行为对于预测具有更复杂配置（例如准各向同性铺层）的层压板的损坏效果具有非常重要的意义。对于GFRP层压板，则使用DSLR相机。将测得的作为裂纹密度的函数的刚度降低与基于变化应力分析的裂纹角铺层层压板的分析预测进行比较。刚度降低的实验结果与分析结果吻合良好。如本研究所述，了解具有简单配置的受损层压板的行为对于预测具有更复杂配置（例如准各向同性铺层）的层压板的损坏效果具有非常重要的意义。对于GFRP层压板，则使用DSLR相机。将测得的作为裂纹密度的函数的刚度降低与基于变化应力分析的裂纹角铺层层压板的分析预测进行比较。刚度降低的实验结果与分析结果吻合良好。如本研究所述，了解具有简单配置的受损层压板的行为对于预测具有更复杂配置（例如准各向同性铺层）的层压板的损坏效果具有非常重要的意义。