Análisis de la desviación de una grieta transversal hacia a la interfase existente entre capas de un laminado de material compuesto

Abstract

L os materiales compuestos suponen hoy en día una parte importante de los materiales empleados en entornos ingenieriles, tales como la aviación. Sin embargo, aún se desconocen o no se saben explicar determinados comportamientos, por lo que se realizan numerosos ensayos para tratar de entenderlos mejor. Además, la inestabilidad del proceso de fractura, especialmente cuando esta se trata del despegue de la fibra respecto a la matriz, hace que resulte verdaderamente complicada la simulación y resolución computacional de muchos problemas. En concreto, se hablará de un caso en el que existe una grieta transversal situada en un laminado compuesto por capas orientadas a 90o y por capas orientadas a 0 o . En algunos ensayos, se ha observado que, mientras que se encuentra en la zona de láminas orientadas a 90o y lejos de la interfaz con las láminas orientadas a 0 o , la grieta crece avanzando de forma aproximadamente recta. Sin embargo, cuando dicha grieta se acerca a la zona de la interfaz, se produce una deflexión de dicha grieta. El objetivo de este estudio es entender dicho comportamiento y comprobar que con determinadas herramientas es posible realizar una simulación de dicho comportamiento para conseguir resultados computacionales correctos. Para ello, se emplearán modelos de macromecánica, pero también será necesario emplear modelos micromecánicos para poder explicar la deflexión cercana a la interfaz. Se empleará el software de resolución Abaqus/CAE de la colección SIMULIA de Dassoult Systemes. Para poder simular el comportamiento micromecánico, se emplearán subrutinas de usuario UMAT desarrolladas con el lenguaje de programación Fortran, como "scripts" de Python.

C omposites represent an important part of the materials used in engineering environments, such as aviation, nowadays. However, some behaviors are still unknown or cannot be explained, so numerous studies are carried out to try to understand them better. In addition, the instability of the fracture process, especially when it comes to the debonding of the fiber from the matrix, makes the simulation and computational solution of many problems really complicated. Specifically, a case in which there is a transverse crack located in a laminate composed of layers oriented at 90o and layers oriented at 0 o is analysed. In some tests, it has been observed that, 90o lamina zone and away from the interface with the laminas oriented at 0 o , the crack grows advancing approximately straight. However, when this crack approaches the interface area, a deflection of the crack. The objective of this study is to be able to understand this behavior and verify that, with certain tools, it is possible to perform a simulation of this behavior to achieve correct computational results. For this, macromechanics models will be used, but it will also be necessary to use micromechanical models to be able to explain the deflection near the interface. The Abaqus/CAE resolution software from SIMULIA collection of Dassoult Systemes will be used. In order to simulate micromechanical behavior, UMAT user subroutines developed with the Fortran programming language and Python scripts will be used.