Experimental characterization and numerical simulation of composite adhesive joints using the cohesive zone model approach

Abstract

The present thesis aims at developing robust numerical and experimental methods for the simulation of composite adhesive joints. Firstly, a new method for the experimental characterization of adhesive joints is presented. The proposed method widens the range of applicability of the existing methods at the same time that lowers the uncertainty of the results. By means of this method, a critical study on the validity of the existing experimental methods is presented, as well as the thorough characterization of an adhesive in terms of the cohesive laws of the material. The experimental evidences are analyzed to obtain a guideline for the simulation of adhesive joints and a formulation of a new cohesive elements is presented. The proposed formulation allows the simulation of the elastic response, damage and failure of adhesive layers by using experimentally measurable material properties, with no further calibrations required.

L’objectiu de la present tesi és el desenvolupament de mètodes numèrics i experimentals robustos per a la simulació de la fractura en unions adhesives de material compòsit. En primer lloc es presenta un nou mètode per a la caracterització experimental d’unions adhesives que amplia el rang d’aplicació dels mètodes existents i en disminueix la incertesa. A partir d’aquí, es realitza un estudi crític sobre la idoneïtat dels mètodes de caracterització d’unions adhesives existents i es presenta la caracterització exhaustiva d’un adhesiu en termes de la llei cohesiva del material. Les evidencies experimentals obtingudes s’analitzen per tal de proporcionar les directrius necessàries per a la simulació d’unions adhesives i es presenta la formulació d’un nou element cohesiu per modelar la resposta elàstica, el dany i la fallada d’adhesius. El model proposat permet l’ús de propietats del material mesurables experimentalment, sense la necessitat de dur a terme ajustaments o calibratges addicionals.