Delaminacija višeslojnih kompozitnih materijala pod djelovanjem poprečnog udarnog opterećenja

Smojver, Ivica (1999) Delaminacija višeslojnih kompozitnih materijala pod djelovanjem poprečnog udarnog opterećenja. = Doctoral thesis , Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, UNSPECIFIED. Mentor: Alfirević, Ivo.

Full text not available from this repository.

Abstract (Croatian)

Formuliran je numerički postupak za modeliranje nastajanja međuslojnih delaminacija u višeslojnim kompozitima koje nastaju udarom nedeformabilnim udaracem. Kontakt između udaraca i laminata modeliran je korištenjem kontaktnih elemenata, a kinetička energija udaraca određena je definiranjem mase i početne brzine udaraca. Svaki sloj laminata je modeliran volumenskim elementima, i odziv konstrukcije je odreden korištenjem tranzientne dinamičke analize uz primjenu modificirane \Newmarkove 8 metode direktne implicitne integracije. Pojava hourglassinga, koja se javlja pri modeliranju ploča volumenskim elementima uz upotrebu reducirane integracije, numerički je riješena korištenjem formulacije jednolike deformacije te definiranjem parametra hourglass krutosti. Definirani su mehanizmi nastajanja ošećenja pri različitim načinima opterečenja, po rasporedu slojeva laminata. Analiziran je utjecaj pojedinih faza, kao i svojstava cjelokupnog laminata na ponašanje konstrukcije pri udarnim opterečenjima. Definirani su kriteriji popuštanja, kako generalni kao Tsai-Wu kriterij koji ne definiraju oblik popuštanja već samo iniciraju mogućnost popuštanja materijala, tako i usmjereni Hashinov trodimenzionalni kriterij koji izravno opisuje način popuštanja kompozita. Izveden je izraz za Eshelbyev tenzor koji definira vezu između polja naprezanja u uključku i u području izvan uključka, kako za izotropni tako i za anizotropni materijal. Korištenjem pristupa Mori-Tanaka ovaj je tenzor primijenjen na određivanje svojstava kompozita poznavajući mehanička svojstva matrice, vlakna to volumenski udjel vlakna u kompozitu. Korištenjem Hashinovog kriterija loma matrice te definiranjem koincidentnih čvorova na spojevima slojeva određene su fizikalne pretpostavke za pojavu delaminacija. Koincidentni čvorovi su povezani jednadžbama u koje ulaze pomaci čvorova kao neovisne varijable. Postavljen je kriterij postojanja pukotina a matrici susjednog donjeg sloja kao dodatnog uvjeta pojave međuslojnih delaminacija. Mehanička svojstva kompozita nakon pojave delaminacija su promijenjena korištenjem modela prema Tsaiu. Tako definiran numerički model ugrađen je u program ABAQUS/Standard primjenom korisničkih potprograma ćime su proširene mogućnosti samog programa. Razvijeni su algoritmi za prikaz promjena površine delaminacije s vremenom, to njihove raspodjele po međuslojevima. Efikasnost i točnost razvijenog numeričkog modela je provjerena usporedbom s eksperimentalnim vrijednostima. Izvršena je parametarska analiza variranjem rasporeda slojeva, kao i mase i brzine udaraca.

Abstract

Numerical procedure has been formulated and applied on the modelling of interplay delaminations in layered fiber composites subjected to the impact of rigid impactor. Contact between laminate and impactor has been modelled using contact elements, and kinetic energy of the impactor has been determined knowing the mass and initial velocity of the impactor. Each ply of the laminate has been modelled using volume elements, and by means of transient dynamic analysis using modified Newmark's 8 direct implicit integration method, the response of the structure has been obtained. Hourglassing, appearing in the reduced integration of volume elements applied in the modelling of plate structures, has been numerically solved using uniform strain formulation in addition to the use of hourglass stiffness parameter. Mechanisms of the damage evolution due to the various loading modes and lamination sequences have been evaluated. The influence of the composite phases and properties of the laminate on the impact behaviour of composites has been analysed. Various failure criteria have been quoted, such as Tsai Wu general-purpose criterion that does not define the mode of failure but indicates the probable failure of the composite, as well as Hashin's three-dimensional criterion that directly determines the failure mode. Eshelby's tensor defining the relation between stress field in the inclusion and the matrix domain has been derived for isotropic as well as for anisotropic material. Using Mori-Tanaka's principle, this tensor has been applied for the derivation of mechanical properties of the composite knowing the mechanical properties of the fibre and the matrix, and the fibre volume fraction in the composite. Hashin's tensile matrix failure criterion, in addition to the coincident nodes at the ply connections, has been used for the delamination initiation while multi point constraints have been applied between coincident nodes. The appearance of matrix cracks in the neighbouring lower ply has been quoted as additional condition for the initiation of delaminations. Mechanical properties after delamination initiation have been degraded using Tsai's model. The developed numerical model has been implemented in the finite element program ABAQUS/Standard using user subroutines, consequently expanding the capabilities of the program itself. Algorithms have beep developed for the visualization of the variation of delamination area in time, and its distribution at various interfaces. Efficiency and accuracy of the numerical model has been verified by comparison with experimental data. Parametric analysis has been performed using various lamination schemes as well as masses and velocities of the impactor.

Item Type: Thesis (Doctoral thesis)
Uncontrolled Keywords: metoda konačnih elemenata; višeslojni kompoziti; mikromehanika; udarna opterećenja; tranzientna dinamička analiza; delaminacije; kontaktni problemi
Divisions: 200 Department of Engineering Mechanics > 210 Chair of Mechanics and Strength of Materials
Date Deposited: 22 Sep 2014 18:00
Last Modified: 16 Oct 2015 13:20
URI: http://repozitorij.fsb.hr/id/eprint/30

Actions (login required)

View Item View Item

Nema podataka za dohvacanje citata