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Holistic determination of physical fracture toughness values and numerical parameters for delamination analysis considering multidirectional-interfaces

Völkerink, Oliver und Koord, Josef und Petersen, Enno und Hühne, Christian (2022) Holistic determination of physical fracture toughness values and numerical parameters for delamination analysis considering multidirectional-interfaces. Composites Part C: Open Access, 8 (100277), Seiten 1-16. Elsevier. doi: 10.1016/j.jcomc.2022.100277. ISSN 2666-6820.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666682022000408

Kurzfassung

Delaminations are a concern for the structural integrity of fibre composite structures. The decisive material parameter for delaminations is fracture toughness. Structures usually have a multidirectional ply stacking. However, interface orientation dependant fracture toughness values and R-curve effects are neglected in numerical delamination analysis. This work investigates interface orientation specific fracture toughness values and considers R-curve effects in mode I to improve simulation accuracy. Therefore, mode I, mode II and mixed mode fracture toughness values of different interface ply orientations are determined experimentally and verified using numerical analysis of the characterisation specimens with cohesive zone modelling. In this way, an engineering methodology is provided for the experimental characterisation and comprehensive numerical modelling of delaminations in mesoscale progressive damage analysis of multidirectional composite structures. In addition, a full parameter set for the simulation of four different interfaces of M21-T700GC prepreg material is given. It can be shown that the use of standard 0°//0°-values leads to very conservative results. The use of interface specific values increases the accuracy. Ultrasonic scans of the DCB specimens are used to compare the crack front shapes for validation. Not only the load displacement curves of the characterisation specimens are well captured, but also the crack front shapes. This demonstrates that by smearing the microscale effects, the material behaviour can be captured phenomenologically correct by mesoscale modelling suitable for industrial use.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186473/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Holistic determination of physical fracture toughness values and numerical parameters for delamination analysis considering multidirectional-interfaces
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Völkerink, Oliveroliver.voelkerink (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9589-1963NICHT SPEZIFIZIERT
Koord, JosefJosef.Koord (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2749-1546NICHT SPEZIFIZIERT
Petersen, EnnoFraunhofer IWEShttps://orcid.org/0000-0002-1488-5618NICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, Christianchristian.huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2022
Erschienen in:Composites Part C: Open Access
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1016/j.jcomc.2022.100277
Seitenbereich:Seiten 1-16
Verlag:Elsevier
ISSN:2666-6820
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Fibre reinforced materials; Delamination; Finite element analysis; Toughness testing; R-curve tests; Cohesive zone modelling; Interface fracture; Mixed mode fracture; R-curves; Damage tolerance
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Völkerink, Dr. Oliver
Hinterlegt am:07 Jun 2022 06:40
Letzte Änderung:22 Jun 2022 04:13

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