Predicción de delaminaciones múltiples en el ensayo ILTS a través de la implementación del PMTE-SC en Abaqus

Abstract

En el presente trabajo se modela el ensayo de resistencia a tracción interlaminar (ILTS por sus siglas en inglés) utilizando una formulación general del Criterio Acoplado de la Mecánica de la Fractura Finita aplicado al Modelo de Interfase Elástica Lineal Frágil (CCFFM +LEBIM). Esta formulación esta basada en el Principio de Energía Total Mínima bajo una Condición de Tensión (PMTE-SC) y esta implementada mediante un script de Python que llama al código comercial FEM Abaqus®. El PMTE-SC minimiza el funcional de la energía total (energía potencial mas energía disipada), empleando un procedimiento de pasos de carga, en la posible región de fallo dada por el criterio tensional de todas las posibles configuraciones de grietas. Una ventaja de PMTE-SC es que la Energía Total es convexa cuando se separa el campo de desplazamientos y la variable daño, permitiendo resolver este problema mediante un esquema adecuado de minimización. Los ensayos ILTS utilizan probetas en forma curva de L hechas de material compuesto, donde el laminado puede tener diferentes secuencias de apilado. En los ensayos experimentales, se produce una delaminación casi instantánea en las interfases, por lo que no es trivial determinar las zonas en las que se inicia la delaminación. Dadas sus características, el PMTE-SC permite analizar el inicio y propagación de las delaminaciones

In the present research, an Inter-Laminar Tensile Strength (ILTS) test is modelled using a general formulation of the Coupled Criterion of Finite Fracture Mechanics applied to the Lineal Elastic Brittle Interface Model (CCFFM + LEBIM). The formulation is based on the Principle of Minimum Total Energy subjected to a Stress Condition (PMTE-SC) and implemented by means of a Python script that calls the commercial FEM code Abaqus®. The PMTE-SC includes a loadstepping procedure and minimizes the Total Energy functional (the sum of the Potential and Dissipated Energies) in the feasible failure regions given by the stress criterion. An advantage of PMTE-SC is that the Total Energy is convex when the displacements and the damage variable are taken separately. This feature allows solving the problem using a staggered scheme which is also referred to as Alternating Minimization Algorithms (AMA). The Inter-Laminar Tensile Strength (ILTS) test uses L-shaped composite coupons where the laminate may have different lay-up configurations. Experimental results show that almost instantaneous delaminations occur along the interfaces, so it is not trivial to determine the zones at which failure initiates. Due to the PMTE-SC nature, it allows to analyze the delaminations onset and propogation.