dc.contributor.advisor | Reinoso Cuevas, José Antonio | es |
dc.creator | Dean, Aamir | es |
dc.date.accessioned | 2020-12-16T09:41:22Z | |
dc.date.available | 2020-12-16T09:41:22Z | |
dc.date.issued | 2020-09-30 | |
dc.identifier.citation | Dean, A. (2020). Phase-Field Modeling of Damage and Fracture in Fiber Reinforced Composites. (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla. | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11441/103283 | |
dc.description.abstract | The damage and fracture behavior of Fiber Reinforced Polymers (FRPs) is quite complex and is
different than the failure behavior of the traditionally employed metals. There are various types
of failure mechanisms that can develop during the service life of composite structures. Each
of these mechanisms can initiate and propagate independently. However, in practice, they act
synergistically and appear simultaneously. The difficulties that engineers face to understand and
predict how these different failure mechanisms result in a structural failure enforce them to use
high design safety factors and also increases the number of certification tests needed.
Considering that the experimental investigations of composites can be limited, very expensive,
and time-consuming, it is the aim of this research to develop sophisticated phenomenological
material models based on the Phase-Field (PF) approach to fracture for the virtual assessment of
damage and fracture of FRPs. First, an anisotropic PF model for ductile fracture of Short Fiber
Reinforced Polymers (SFRPs) is developed. Then, a multi PF model based on the Puck theory of
failure is proposed for Long Fiber Reinforced Polymers (LFRPs). The theoretical formulation,
corresponding algorithmic treatment, and numerical implementation details of the proposed
models are presented. The performance of the models is assessed via a set of standard numerical
simulations demonstrating their applicability and robustness.
Focusing on complex practical applications, the newly developed multi PF model is employed
for the numerical simulation of delamination migration in laminated LFRPs. For this purpose,
a consistent FE modeling procedure is proposed integrating the multi phase-field model for
intra-laminar fracture with a Cohesive Zone Model (CZM) for inter-laminar. | es |
dc.description.abstract | Los procesos de fractura en materiales compuestos de matriz polimérica suelen ser significativamente
diferentes con respecto a materiales tradicionalmente empleados en aplicaciones
ingenieriles (metales y aleaciones metálicas, principalment) presentando características propias
que los hacen notablemente complejos.
En este contexto, con referencia a las evidencias experimentales, existen varios tipos de
mecanismos de fractura en estos materiales, los cuales pueden desarrollarse durante el tiempo de
servicio de las estructuras correspondientes. Cada uno de estos mecanismos puede iniciarse y
propagarse independientemente. Sin embargo, en la práctica, actúan sinérgicamente y pueden
potencialmente aparecer de forma simultánea. Las dificultades para comprender y predecir
cómo estos diferentes mecanismos de fractura pueden propagarse y coalescer, dando lugar al
fallo estructural del componente, obligan el uso de factores de seguridad significativamente
elevados, necesitando también un alto número de resultados experimentales para llevar a cabo
las certificaciones requeridas por las autoridades competentes.
Teniendo en cuenta que las investigaciones experimentales relativas a los materiales compuestos
de matriz de base polimérica pueden ser limitadas, muy costosas y dilatadas en el tiempo, el
objetivo de esta investigación es desarrollar modelos fenomenológicos a nivel macroscópico para
modelizar los procesos de fractura en estos materiales según la metodología denominada Phase-
Field (PF). En primer lugar, se desarrolla un modelo de PF trasversalmente isótropo para la fractura
dúctil de materiales compuestos poliméricos reforzados con fibras corta (SFRPs). Posteriormente,
se propone un modelo de múltiples PF con el fin de capturar la fractura intra-laminar basado en la
teoría de fallo de Puck para materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra larga (LFRPs).
En esta tesis se presentan la formulación teórica, el tratamiento algorítmico correspondiente y
los detalles numéricos de implementación de los modelos propuestos. El rendimiento de los
modelos se evalúa mediante un conjunto de simulaciones numéricas estándar que demuestran su
aplicabilidad y robustez.
Además de los aspectos fundamentales de estos modelos propuestos, se analiza con especial
profundidad el uso del modelo multi PF para la simulación numérica de la migración de delaminación
en LFRP laminados. Para este propósito, se propone un procedimiento de modelado FE
consistente que integra el modelo de campo de múltiples fases para fractura intra-laminar con un
Modelo de Zona Cohesiva (CZM) para inter-laminar. | es |
dc.format | application/pdf | es |
dc.format.extent | 118 p. | es |
dc.language.iso | eng | es |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.title | Phase-Field Modeling of Damage and Fracture in Fiber Reinforced Composites | es |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | es |
dc.type.version | info:eu-repo/semantics/publishedVersion | es |
dc.rights.accessRights | info:eu-repo/semantics/openAccess | es |
dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras | es |
dc.publication.endPage | 100 | es |