Modelado del crecimiento de una grieta en modo I a lo largo de una interfaz débil mediante el MEC. Aplicación al ensayo de fractura interlaminar de materiales compuestos

Abstract

Se presenta un estudio numérico de propagación de daño en laminados de materiales compuestos. En particular se estudia el ensayo de tenacidad a fractura interlaminar (GIc) de dos láminas unidireccionales de fibra de carbono unidas por una capa de adhesivo. El ensayo se desarrolla con control en desplazamientos para asegurar una propagación estable de la grieta. En el código del Método de los Elementos de Contorno (MEC) 2D el adhesivo se modela como una interfaz débil mediante una distribución continua de muelles con una ley de comportamiento lineal-frágil que representa razonablemente el comportamiento del adhesivo real. Uno de los aspectos importantes a destacar en el mencionado código es que el crecimiento de la grieta es independiente del tamaño de la malla (separación entre muelles). Los resultados obtenidos muestran que las propiedades de la solución numérica local están de acuerdo con las predicciones de la teoría de la interfaz débil. Los diagramas carga-desplazamiento obtenidos mediante el código del MEC se comparan con los obtenidos en los ensayos en el laboratorio.

A numerical study of damage propagation in composites laminates is presented. Interlaminar fracture toughness (GIc) test of two unidirectional carbon fiber laminates joined by an adhesive layer is studied. Displacement control was used in the test to assure stable crack propagation. The adhesive is modeled in a 2D Boundary Element Method (BEM) code as a weak interface using a continuous distribution of springs following an elastic-brittle law which provides a good representation of the actual adhesive behavior. It is important to mention that in the BEM code the crack growth is independent of the mesh size (distance between springs). It is shown that local properties of the numerical solution agree with predictions of the weak interface theory. Load displacement diagrams obtained from the BEM analysis are compared with the diagrams obtained in the laboratory tests.