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Título: Delamination modelling and toughening mechanism of a woven fabric composite
Autores: Yamanaka, Tadayoshi
Fecha: 2011
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Mechanical
Descripción: Efficient and accurate numerical simulation methods for the damage tolerance analysis and fatigue life prediction of fibre reinforced polymers are in high demand in industry. Problems arise in the development of such a simulation method due to the limitations from numerical methods, i.e., delamination modelling, and understanding of damage mechanism of woven fabric composites. In order to provide effective and accurate delamination modelling, a new crack modelling method by using the finite element method is proposed in this study. The proposed method does not require additional degrees-of-freedom in order to model newly created crack/delamination surfaces. The accuracy of delamination growth simulation by the proposed method and that of a commercial FEA package are in good agreement. The damage mechanisms of five harness satin weave fabric composite is studied by creating a multiscale finite element model of a double cantilever beam specimen. The weft and warp yarns, where the gaps are filled with matrix, are individually modeled. Cohesive zone model elements are pre-located within the matrix and interfaces of matrix-yarns and weft-yarns and warp yarns. These meso-scale parts are bonded with homogeneous parts that are used to model regions where no damage is expected. This constitutes a multiscale model of a DCB specimen. The simulation results are in good agreement with the lower bound of experimental results. The toughening mechanism contributed from the weave structure was revealed. This study contributes to knowledge by introducing crack modelling methods and by providing more information in order to understand damage mechanisms of 5HS weave fabric composite laminates during delamination growth.
Les méthodes de simulation numériques efficaces et exactes pour l'analyse de l'endommagement et la prédiction de vie en fatigue des matériaux composites sont essentielles pour l'industrie. Les problèmes surviennent dans le développement d'une telle méthode de simulation en raison des restrictions des méthodes numériques, c'est-à-dire, modélisation de la délamination et compréhension des mécanismes de rupture de composites à base de fibres tissées.Pour developer un modèle de délamination efficace et précis, une nouvelle méthode est proposée dans cette étude en utilisant la method des éléments finis. La méthode proposée n'exige pas de degrés-de-liberté supplémentaires pour créer de nouvelles sufaces de fissures/ délaminations. Le résultat de simulation de délamination par la méthode proposée est comparé avec un logiciel d'éléments finis commercial, et les résultats se comparent bien.Les mécanismes d'endommagement d'un composite tissé typique "five-harness satin" sont le sujet d'une étude. Ceci est fait en créant un modèle d'éléments finis "méso-échelle" en utilisant l'exemple d'un spécimen d'essais Mode 1 (spécimen DCB). Le tissu est modélisé avec les trajectoires exactes des fibres dans les deux directions, et les espaces entre les fibres sont remplis de la matrice. Des éléments cohésifs sont insérés entre la matrice et les interfaces des fibres. Les composants méso-échelles sont joints avec des parties homogènes qui sont utilisées pour modéliser des régions où aucun endommagement n'est prévu. La combinaison des ces parties constitue un modèle multiéchelle d'un spécimen DCB. Les résultats de simulation d'un essai sont en accord avec les résultats expérimentaux, du côté conservateur. Le mécanisme renforçant des ultant du type de tissage a été démontré.Cette étude contribue à la science en présentant de nouvelles méthodes pour modéliser les fissures et pour comprendre les mécanismes d'endommagement des composites tissés pendant la croissance des délaminations.
Idioma: en