Parametricky tvořený model standardizovaných testů kohezivních spojů

Petr HANZLÍK

Diplomová práce

Anotace:

Tato práce je zaměřena na analýzu porušení kohezivního rozhraní pomocí konečno-prvkového softwaru Abaqus 6.14. V rámci této práce byl vytvořen automatizovaný nástroj k identifikaci materiálových parametrů kohezivního rozhraní. Pomocí tohoto nástroje byly identifikovány materiálové parametry lepidel Hunstman Araldite 2021 a Gurit Spabond 345 a mezivrstvy laminátu. Materiálové parametry definující porušení byly nalezeny využitím standardizovaných testů DCB (double cantilever beam), ENF (end notched flexure) a MMF (mixed mode flexure) uhlíkových jednosměrových kompozitních nosníků. Analýza porušení je založena na určení materiálového parametru kritické rychlosti uvolňování deformační energie vnitřních sil (CSERR). Parametr CSERR je z experimentálních dat určen pomocí analytických vztahů pro test DCB, ENF a MMF. Konečno-prvkové modely jsou složeny ze dvou distinktivních částí označených jako spojované členy a kohezivní rozhraní. Spojované členy jsou definovány lineárně elastickým ortotropním materiálovým modelem. Kohezivní rozhraní je tvořeno kohezivním kontaktem, který je v každém svém uzlu určen bilineárními vztahy mezi napětím a posuvem (traction-separation law), quadratic stress kritériem určujícím iniciaci poškození a pevnostním kritériem power law, které určuje porušení rozhraní. Materiálový parametr SERR je v numerické analýze identifikován pomocí dílčích materiálových parametrů rozhraní: tuhosti k, posuvu iniciujícího poškození a posuvu určujícího porušení.

Abstract:

This master's thesis deals with finite element analysis (FEA) of a cohesive interface failure. Analysis is carried out by a FE software Abaqus 6.14. Automated tool for identifikation of material parameters was crated within realization of this work. Material parameters for two adhesives, Hunstman Araldite 2021 and Gurit Spabond 345 and an epoxy inner layer of a laminated composite were identified with this tool. Failure defining material parameters were determined by following standardized tests of an unidirectional carbon fiber-reinforced epoxy beams: DCB (double cantilever beam), ENF (end notched flexure) a MMF (mixed mode flexure). Failure analysis is based on identification of a critical value of a strain energy release rate (CSERR). Critical value of the SERR extracted from experimental data is determined via analytical equations for DCB, ENF and MMF tests. Finite element model consists of two distinct parts marked as follows: joined components, cohesive interface. Joined components are defined by elastic orthotropic material model. Cohesive interface is created by a cohesive contact. Cohesive contact is defined by a bilinear traction-separation law, a quadratic stress criterion and a power law criterion applied in each node of a contact pair. Critical value of SERR obtained from FEA is determined through secondary material parameters of cohesive interface: stiffness k, displacement of damage initiation and displacement of failure determination.

Klíčová slova

porušení rozhraní, Abaqus 6.14, Hunstman Araldite 2021, Gurit Spabond 345, mezivrstva laminátu, DCB, ENF, MMF, jednosměrový uhlíkový kompozitní nosník, kritická rychlost uvolňovaní deformační energie vnitřních sil (CSERR), metoda konečných prvků, traction separation law, quadratic stress kriterium, power law kriterium, laminát, lineární elastický ortotropní materiálový model.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 29. 7. 2016

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 29. 8. 2016
• Vedoucí: Ing. Tomáš Kroupa, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta aplikovaných věd

Magisterský studijní program / obor:
Počítačové modelování v inženýrství / Aplikovaná mechanika