Laminaattipintaisen kerroslevyn ominaisuudet määräytyvät sen geometriasta sekä pintalaminaatin ja ydinaineen ominaisuuksista. Kerroslevyn mekaaniselle käyttäytymiselle on kuvaavaa eräänlainen työnjako: ideaalisessa kerroslevyssä pintalevyt kantavat levytasossa vaikuttavat kuormat ja levyä rasittavat taivutusmomentit ydinaineen kantaessa levyä vastaan kohtisuorat leikkauskuormat. Tätä havainnollistavat kuvassa 6.64 esitetyt normaali- ja leikkausjännitysjakautumat kerroslevypalkin poikkileikkauksessa. Kerroslevypalkkia verrataankin joskus I-palkkiin, jonka uuma on korvattu heikommalla, mutta koko palkin levyisellä ydinaineella.

Kuva 6.64 Normaali- ja leikkausjännitysjakautumat kerroslevypalkin poikkileikkauksessa.

Kerroslevyn taivutuskäyttäytymisestä on huomattava, että leikkauskuorma aiheuttaa keveään ydinaineeseen liukumia, jotka voivat vaikuttaa merkittävästi rakenteen muodonmuutoksiin. Tekninen taivutusteoria ei enää olekaan suoraan sovellettavissa kerroslevyille. Teknisen taivutusteorian mukaiset muodonmuutokset ja ydinaineen liukumasta aiheutuvat muodonmuutokset voidaan usein määrittää erikseen, kokonaismuodonmuutoksen ollessa näiden osamuodonmuutosten summa.

Kerroslevyn tyypilliset pettämismekanismit on koottu kuvaan 6.65. Pettämisen voi aiheuttaa pintalevyn lujuuden tai ydinaineen leikkauslujuuden ylittyminen. Joskus myös pintojen ja ytimen välinen liimasauma on rakenteen heikoin kohta. Kerroslevy vaurioituu lisäksi helposti paikallisen, paksuussuuntaisen puristuskuorman vaikutuksesta, sillä pintaa tukevan ydinaineen puristusjäykkyys on alhainen. Puristus- ja/tai leikkauskuormitetun kerroslevyn pettämismekanismina voi olla koko rakenteen epästabiliteetin ohella ohuiden pintalevyjen paikallinen lommahtaminen. Tämä pettämismekanismi on mahdollinen myös taivutuskuormituksessa puristuksen alaisessa pinnassa.

Kerroslevyn iskulujuus on luonnollisesti heikompi kuin samanvahvuisen umpirakenteen. Iskulujuus riippuu kerroslevyn rakenteesta, mutta myös levykentän koosta ja tuentatavasta. Iskun vaikutus on todennäköisesti paikallinen, mikäli ydinaineen ja pinnan välinen liimaus on luja ja pintalevyt ovat paksut. Kun pinnat ovat ohuet, ylemmän pintalevyn puhkaiseva isku voi irrottaa alemman pintalevyn ydinaineesta laajalta alueelta. Rakenteen jäännöslujuuden kannalta ensimmäinen vauriomuoto on selvästi jälkimmäistä edullisempi, sillä irronneen pintalevyn alueella kerroslevy ei enää toimi suunnitellulla tavalla.

Kuva 6.65 Kerroslevyn pettämismekanismit.

Kirjallisuutta

1. Halme J., Development Testing of a Composite Wing Rib. Diplomityö, Teknillinen korkeakoulu, Konetekniikan osasto, Otaniemi 2002.
2. Harris B., Engineering Composite Materials, Second Edition. The University Press, Cambridge 1999.
3. Engineered Materials Handbook, Volume 1, Composites. ASM International, USA 1987.
4. Tang J-M., Lee W.I., Springer G.S., Effects of Cure Pressure on Resin Flow, Voids and Mechanical Properties. Journal of Composite Materials, Vol 21, May 1987.
5. Bergmann H.W., & al., Mechanical Properties and Damage Mechanisms of Carbonfiber-Reinforced Composites. DVFLR-FB 88-41, DVFLR Institut für Strukturmechanik, Braunschweig 1988.
6. Johnson A.F., Engineering Design Properties of GRP. British Plastics Federation, Publication 215/1.
7. Reifsnider K.L. (Ed.), Fatigue of Composite Materials. Composite Materials Series, 4, Elsevier Science Publishers B.V., Netherlands 1991.
8. Pritchard G. (Ed.), Developments in Reinforced Plastics – 2. Applied Science Publishers, London 1982.
9. Bott T.R., Barker A.J., Creep in Glass Fiber Reinforced Plastics. Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 59, No. 7, July 1967.
10. Sturgeon J.B., Creep of Fiber Reinforced Thermosetting Resins. Institute of Mechanical Engineering, London 1978. (In Creep of Engineering Materials, Ed. Pomeroy C.D.)
11. Lindroos V., Sulonen M., Veistinen M., Uudistettu Miekk-ojan metallioppi. Otava, Keuruu 1986.
12. Engineering Plastics, LNP Product data, The Netherlands 1985.
13. Matthews F.L., Joining Fibre-Reinforced Plastics. Elsevier Applied Science Publishers Ltd, England 1987.
14. Tsai S.W., Composites Design. Think Composites, USA 1987.
15. Brander T., Karlemo T., Saarela O., Lujitemuovilaminaattien pultti- ja niittiliitokset – staattiset lujuusominaisuudet. Teknillinen korkeakoulu, Kevytrakennetekniikan laboratorio, Raportti 90-B17, Otaniemi 1990.
16. Wiedemann J., Leichtbau Band 2: Konstruktion. Springer-verlag, Berlin 1989.
17. Thrall E.W., Shannon R.W., Adhesive Bonding of Aluminum Alloys. Marcel Dekker Inc, USA 1985.