Simulation of delamination in composites under quasi-static and fatigue loading using cohesive zone models

Abstract

Es desenvolupa una eina de disseny per l'anàlisi de la tolerància al dany en composites. L'eina pot predir el inici i la propagació de fisures interlaminars. També pot ser utilitzada per avaluar i planificar la necessitat de reparar o reemplaçar components durant la seva vida útil. El model desenvolupat pot ser utilitzat tan per simular càrregues estàtiques com de fatiga. El model proposat és un model de dany termodinàmicament consistent que permet simular la delaminació en composites sota càrregues variables. El model es formula dins el context de la Mecànica del Dany, fent ús dels models de zona cohesiva. Es presenta un metodologia per determinar els paràmetres del model constitutiu que permet utilitzar malles d'elements finits més bastes de les que es poden usar típicament. Finalment, el model és també capaç de simular la delaminació produïda per càrregues de fatiga.

A design tool for the analysis of delamination in laminated composites was developed. The design tool is developed using the damage-tolerance concept to predict both delamination initiation and growth. Therefore, the model developed can be used to perform either strength or damage-tolerance verification of new components, and can be used to assess the necessity to repair or replace in-service components. The model developed can be used either to simulate quasi-static or fatigue loading. A thermodinamically consistent damage model is proposed for the simulation of delamination in composite materials under variable-mode loading. The model is formulated in the context of Damage Mechanics by means of the Cohesive Zone Model concept. Moreover, a methodology to determine the parameters of the constitutive model is proposed. The methodology presented allows the use of coarser meshes that is usually admissible. Finally, the model has been enhanced to simulate high cycle fatigue.