Tytuł pozycji:
Analysis of cohesive zone model parameters on response of glass-epoxy composite in mode II interlaminar fracture toughness test
The purpose of the performed study was to provide the best possible representation of the response of a beam subjected to Interlaminar Fracture Toughness testing in Mode II in the course of the End Notched Flexure test. The beam was modelled numerically with the results obtained in experimental tests. Furthermore, analysis was carried out in order to determine the parameters of the traction-separation law in the ABAQUS program defined for the cohesion layer, which have a key impact on the response of the cracking composite beam in the End Notched Flexure test. Experimental tests were conducted on composite beams reinforced with 'E' type fibre glass in an epoxy resin matrix. A composite plate 4.3 mm thick produced in the autoclave process was cut into beams with dimensions of 150 x 25 mm in a manner ensuring an initial delamination length of 30 mm. A numerical model of the composite material with a cohesion layer based on the determined value of fracture energy in Mode II was developed in the ABAQUS program on the basis of experimental tests. The analysis of the impact of the parameters defined in the traction-separation law on the response of the cracking composite beam was conducted on the basis of numerical simulations. The results obtained from the numerical analyses show a strong dependence between the cohesion layer parameters and the response of the composite beam, also in case of a constant value of fracture toughness. It was determined which of the parameters defined in the ABAQUS program have a key impact on the composite cracking process. Finally, very good convergence was achieved for the beam response in the numerical model and in the experiment in terms of force-displacement curves, the critical value of force and displacement causing energy release and crack length in the composite.
Celem przeprowadzonych prac było jak najlepsze odwzorowanie odpowiedzi belki poddanej badaniu Interlaminar Fracture Toughness w Mode II w teście End Notched Flexure, zamodelowanej numerycznie z wynikami otrzymanymi w testach doświadczalnych. Ponadto, przeprowadzona została analiza mającą na celu zbadanie, które z parametrów prawa trakcja - separacja w programie ABAQUS definiowanego dla warstwy kohezyjnej mają kluczowy wpływ na odpowiedź pękającej belki kompozytowej w badaniu End Notched Flexure. Przedmiotem badań eksperymentalnych były belki kompozytowe wzmocnione włóknem szklanym typu E w osnowie żywicy epoksydowej. Płytę kompozytową o grubości 4,3 mm wytworzoną metodą autoklawową pocięto na belki o wymiarach 150 x 25 mm w taki sposób, żeby otrzymać długość początkową delaminacji równą 30 mm. W programie ABAQUS na podstawie badań eksperymentalnych został opracowany model numeryczny materiału kompozytowego wraz z warstwą kohezyjną bazującą na wyznaczonej wartości energii pękania w Mode II. Na podstawie symulacji numerycznych przeprowadzono analizę wpływu parametrów definiowanych w prawie trakcja - separacja na odpowiedź pękającej belki kompozytowej. Wyniki analiz numerycznych wskazują na dużą zależność pomiędzy wartościami parametrów warstwy kohezyjnej a odpowiedzią belki kompozytowej również przy stałej wartości energii pęknięcia. Przedstawiono, które z parametrów definiowanych w programie ABAQUS mają kluczowy wpływ na proces pękania kompozytów. Finalnie, osiągnięta została bardzo duża zbieżność odpowiedzi belki w modelu numerycznym i eksperymencie, biorąc pod uwagę charakterystyki siła-przemieszczenie, wartość krytyczną siły i przemieszczenia powodujących uwolnienie energii i wzrost pęknięcia w kompozycie.
Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.
