Numerical study of delamination propagation in polymer-based laminates during quasi-static loading

• Autorzy: Katunin A.

Warianty tytułu

PL

Badania numeryczne propagacji delaminacji w polimerowych laminatach podczas obciążeń quasi-statycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the author presents the numerical investigation of the delamination propagation in polymer-based laminate rectangular plates subjected to bending with different configurations of initial delamination. Four cases of configurations of mode II initial delamination were investigated: End-Loaded Split, Cantilever Beam Enclosed Notch, End-Notched Flexure, and Centre-Notched Flexure. These configurations were chosen due to their most common occurrence in engineering practice. The author researched the possibility of delamination growth based on critical strain energy release rate and the dependence of its value from loading and initial delamination length. The author shows that classical methods of energy release rates calculation cannot be applied for multilayered composites in cases when the initial delamination occurs out of laminate mid-plane. The influence of the self-heating effect in steady-state to crack growth was also investigated. The energy release rates were obtained from numerical simulations using J-integral formulation. The character of the delamination propagation was modelled using the cohesive zone approach. Results of the simulation were presented as the damage function in dependence of loading and initial delamination length. The obtained results can be useful for the prediction of the delamination growth in quasi-static tests and for modelling the delamination propagation during dynamic excitation in fatigue tests.

PL

W niniejszej pracy autorzy prezentują badania numeryczne propagacji delaminacji w polimerowych laminatowych płytach prostokątnych poddanych zginaniu z różnymi konfiguracjami delaminacji wstępnej. Rozpatrzono cztery przypadki konfiguracji delaminacji wstępnej II rodzaju: End-Loaded Split, Cantilever Beam Enclosed Notch, End-Notched Flexure i Centre-Notched Flexure. Takie konfiguracje były wybrane ze względu na ich częste występowanie w praktyce inżynierskiej. Autorzy zbadali możliwość przyrostu delaminacji na podstawie krytycznego współczynnika uwalniania energii i zależności jego wartości od obciążenia i wstępnej długości delaminacji. Autorzy pokazali, że klasyczne metody wyznaczenia współczynników uwalniania energii nie mogą być zastosowane w przypadku wielowarstwowych kompozytów wtedy, gdy delaminacja inicjowana jest poza płaszczyzną środkową. Zbadano także wpływ efektu samorozgrzania w stanie ustalonym. Współczynniki uwalniania energii otrzymano z symulacji numerycznych z zastosowaniem sformułowania opartego na wyznaczeniu całki J. Charakter propagacji delaminacji był modelowany z wykorzystaniem modelu obszaru kohezji. Wyniki symulacji zaprezentowano w postaci funkcji zniszczenia w zależności od obciążenia i długości delaminacji wstępnej. Otrzymane wyniki mogą być wykorzystane przy predykcji przyrostu delaminacji w testach quasi-statycznych i przy modelowaniu propagacji delaminacji podczas wymuszenia dynamicznego i testów zmęczeniowych.

Słowa kluczowe

EN

mode II delamination; polymer-based laminates; delamination propagation

PL

delaminacja II rodzaju; laminaty polimerowe; propagacja delaminacji

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 44, nr 3
• Strony: 49--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Katunin A.

• Department of Fundamentals of Machinery Design, Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Davies P., Blackman B.R.K., Brunner A.J., Standard test methods for delamination resistance of composite materials: current status, Applied Composite Materials, 5, pp. 345-364, 1998.
• [2] Ochelski S., Experimental methods of constructional composite mechanics [in Polish|, WNT. Warsaw 2004.
• [3] Milašinovič D.D., Rheological-dynamical analogy: modeling of fatigue behavior, International Journal of Solids and Structures, 40, pp. 181-217, 2003.
• [4] Irwin G.R., Fracture, in: Handbuch der Physik, vol. 6, Springer Verlag, Berlin 1958.
• [5] Blackman B.R.K., Kinloch A.J., Paraschi M., The determination of the mode II adhesive fracture resistance, GIic, of structural adhesive joints: an effective crack length approach, Engineering Fracture Mechanics, 72, pp. 877-897, 2005.
• [6] Zemčik R., Laš V., Numerical and experimental analyses of the delamination of cross-ply laminates, Materials and Technology, 4 (42), pp. 171-174, 2008.
• [7] Munoz J.J., Galvanetto U., Robinson P., On the numerical simulation of fatigue driven delamination with interface elements, International Journal of Fatigue, 28, pp. 1136-1146, 2006.
• [8] Katunin A., Moczulski W., The conception of a methodology of degradation degree evaluation of laminates. Maintenance and Reliability, 1 (41), pp. 33-38, 2009.
• [9] Katunin A., Moczulski W., Evaluation of self-activating temperature influence on crack initiation in GRP laminates, 80th Annual Meeting of the International Association of Applied Mechanics and Mathematics "GAMM 2009", CD Proceedings, Gdansk 2009.
• [10] Katunin A., Influence of self-heating temperature on the fatigue strength of a plate made of laminated polymeric composite. International Applied Mechanics, 45, 3, p. 342, 2009.
• [11] Marc 2007rl. Volume A: Theory and user information, MSC.Software Corp., 2007.
• [12] Katunin A., Self-heating effect in laminate plates during harmonic forced loading, Scientific Problems of Machine Operation and Maintenance, 44, 2 (158), pp. 73-84, 2009.