Wykorzystanie elementów kohezyjnych do symulacji rozwoju rozwarstwień w laminatach polimerowych

• Autorzy: Czarnocki P. , Dobrzański P.

Warianty tytułu

EN

Application of cohesive elements for interlaminar fracture process simulation in polymeric laminates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wykorzystanie tzw. elementów kohezyjnych do modelowania rozwoju rozwarstwień w laminatach polimerowych. Elementy kohezyjne są stosunkowo nowym narzędziem komercyjnych programów MES (np. ABAQUS) i wygodnym do numerycznego modelowania propagacji rozwarstwień. Zagadnienie to jest istotne, gdyż rozwarstwienia stanowią jeden z najczęściej spotykanych typów defektów fabrykacyjnych laminatów. Do właściwego scharakteryzowania elementów kohezyjnych konieczna jest znajomość wartości liczbowych wielu parametrów. Zasadniczo powinny być one wyznaczane doświadczalnie, jednak w odniesieniu do większości z nich jest to trudne i zwykle znane są tylko ich przybliżone wartości. W takiej sytuacji może być zastosowana procedura dostrajania modelu numerycznego. Przedstawiono analizę wpływu zmian wartości liczbowych tych parametrów na odpowiedź modelu. Znajomość takich relacji umożliwia racjonalne przeprowadzenie procedury dostrajania. Analizy przeprowadzono w odniesieniu do I i II sposobu pękania. W celu oceny jakości modelu otrzymane wyniki symulacji numerycznych rozwoju delaminacji porównano z wynikami doświadczalnymi.

EN

Until recently, cohesive zone elements (CZE) have been offered by commercial finite element codes, e.g. ABAQUS. CZE are very convenient for simulation of the interlaminar fracture process in polymeric laminates. This is an important issue since delaminations are one of the most common fabrication defects. However, several numerical data are needed to define such elements. In principle, these data should be determined experimentally. Designing and running of majority of the tests needed for this purpose would be difficult. Instead, a numerical model calibration procedure can be applied. To apply it efficiently, it is necessary to know the relation between numerical values of the data defining CZEs and respons of the model they are used in. Description of the relevant numerical tests and their results corresponding to Mode I and Mode II delamination propagations is provided. For verification of the numerical modelling accuracy of delamination propagation process that can be achieved with the calibrated numerical models the comparison of the numerical resultsagainst the experimental ones is provided as well.

Słowa kluczowe

PL

element kohezyjny; dostrajanie; delaminacja

EN

cohesive element; calibration; delamination

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego
• Czasopismo: Przegląd Mechaniczny
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 6
• Strony: 24--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czarnocki P.

autor

Dobrzański P.

• Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warszawa,

Bibliografia

• 1. Bonifaz E. A.: Cohesive zone modeling to predict failure processes. Canadian Journal on Mechanical Science and Engineering, Vol. 2, No. 3, 2011, pp. 42 – 53.
• 2. Bao G., Suo Z.: Remarks on crack-bridging concepts. App. Mech. Rev., Vol. 45, No. 8, 1992, pp. 355 – 365.
• 3. Cox B., Yang Q.: Cohesive models for damage evolution laminated composites. Int. J. Fract., 133, 2005, pp. 107 –137.
• 4. Davila C.G., Rose C.A.: Superposition of Cohesive Elements to Account for R-Curve Toughning in the Fracture of Composites. ABAQUS Users’ Conference, Newport, Rhode Island, May 2008.
• 5. Irvin G.R.: Fracture Strength of Relatively brittle Structures and Materials. J. Franklin Inst., Vol. 290, No. 6, 1970, pp. 513 – 521.
• 6. Dugdale D.S.: Yielding of steel sheets containing slits. J Mech Phys Solids; Vol. 8, 1960, pp. 100 –108.
• 7. Cox B., Marshall D.B.: Concepts for Bridget cracks in Fracture and Fatigue. Acta Metallurgica et Materialia, Vol. 42, No. 2, 1994, pp. 341 – 363
• 8. Rice J.R.: The Mechanics of Earthquqke Rupture [in:] Phisics of the Earth’s interior. Proc. International School of Physics Enrico Fermi, Course 78. ed. Dziewonski A.M., and Boschi, Italian Physical Soc. and North-Holland Pub. Co. 1979, pp. 555 – 649.
• 9. Hillerborg A., Modeer M., Petersson P.E.: Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elements. Cement and Concrete Research, No. 6, 1976, pp. 773 – 82.
• 10. ABAQUS v.6.10 Manual.
• 11. Turon A. at. all.: An engineering solution for mesh size effects in the simulation of delamination using cohesive zone models. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 74, 2007, pp.1665 – 1682.
• 12. Moes N., Belytschko T.: Extended finite element method for cohesive crack growth. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 69, 2002, pp. 813 – 833.
• 13. Falk M.L., Needleman A., Rice J.R.: A critical evaluation of cohesive zone model of dynamic fracture. J. Phys. IV France, Vol. 11, No. PR5, Proc, 2001, pp. 543 – 550.
• 14. Davila C.G., Camannho P.P., de Moura M.F.S.F.: Mixed Mode decohesion elements for analyses of progressive delamination [in:] Proceedings of the 42nd AIAA?ASME? ASCE?AHS?ACS structures. Structural dynamics and materials conference, Washington 2001.