Efecto de tamaño en laminados cruzados: Estudio de la transición entre escalas de la iniciación de grietas usando un enfoque variacional de la mecánica de la fractura

Abstract

Este trabajo estudia el fenómeno de agrietamiento transversal en laminados cruzados a partir de la progresión del daño entre escalas. Con este propósito se generaron modelos mesomecánicos de la capa transversal con un nivel de detalle total a la escala micromecánica. Con estos modelos se puede seguir el crecimiento del daño, desde los primeros despegues en la interfaz fibra-matriz, hasta grietas totalmente formadas que abarcan la totalidad del espesor de la capa. Los modelos se basan en la implementación de una zona cohesiva en la interfaz fibra-matriz y de un enfoque variacional de la fractura (conocido en la literatura como phase field) para la progresión de las grietas en la matriz. Estos enfoques son especialmente idóneos a escala micromecánica. Entre los resultados más interesantes cabe destacar que la estabilidad del daño en su transición entre escalas se ve muy afectado por el espesor de la capa transversal.

This work studies the problem of transverse cracking in cross-ply laminates through the progression of the damage across scales. A set of computational models of the transverse ply were generated at the meso scale, including full detail of the geometry at the microscale, with the aim of observing the phenomenon at the two scales. Thanks to these models, it was possible to capture the progression of damage, from small debonds at the fiber-matrix interface to full-thickness cracks at the mesoscale. The models are based on prescribing a cohesive zone model at the fiber-matrix interface and a phase-field approach of fracture at the matrix bulk. This approach is especially suitable at the microscale. Among other interesting results, it was found that the stability of the progression across scales depends strongly on the transverse-ply thickness.