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Journal of Theoretical and Applied Mechanics
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A consistent finite displacement and rotation formulation of the Linear Elastic Brittle Interface Model for triggering interlaminar damage in fiber-reinforced composites
Theoretical and Applied Fracture Mechanics ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-08-01 , DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102644 L. García-Guzmán , J. Reinoso , L. Távara , F. París
Theoretical and Applied Fracture Mechanics ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-08-01 , DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102644 L. García-Guzmán , J. Reinoso , L. Távara , F. París
Abstract In this study, a novel procedure enabling the computation of the relative displacements (normal δ n , shear δ s s and in-plane δ s l ) that are needed to evaluate a traction-separation law (TSL) under finite displacement and rotation hypotheses within the framework of interface modelling is investigated. This kind of procedure is required when rigid body motions appear along the interface that links two solids or along an adhesive joint. The implementation of this procedure into a general purpose Finite Element (FE) code is also described. In this context, the displacements associated with a coordinate system with an axis coincident with the midplane of an interface in presence of rigid body motions are obtained for two types of element formulations: cohesive elements and continuum or solid elements. In particular, the FE commercial code ABAQUS ® is used to perform two dimensional analyses. Firstly, normal and shear relative displacements, δ n and δ s s respectively, are calculated using the strain field for COH2D4 cohesive elements. Secondly, relative displacements are determined for standard continuum elements by means of the plane strain elements CPE4 . In the second case, a description of the element enhancement is detailed, using an enriched displacement field thanks to the computation of the in-plane jump δ s l . Subsequently, some representative benchmark problems involving 1-element tests with prescribed node displacements are shown in order to validate the proposed procedure. Finally, the Horizontal Drum Peel test which includes finite displacements and rotations is modelled together with the Linear Elastic Brittle Interface Model (LEBIM). This test allows the fracture toughness of a bonded joint to be evaluated.
中文翻译:
用于触发纤维增强复合材料层间损伤的线性弹性脆性界面模型的一致有限位移和旋转公式
摘要 在这项研究中,一种新程序能够计算在有限位移和旋转假设下评估牵引分离定律 (TSL) 所需的相对位移(法向 δ n 、剪切 δ ss 和面内 δ sl )。研究了界面建模的框架。当刚体运动沿着连接两个实体的界面或沿着粘合接头出现时,需要这种程序。还描述了该过程在通用有限元 (FE) 代码中的实现。在这种情况下,对于两种类型的单元公式,可以获得与轴与界面中平面重合的坐标系相关的位移,其中存在刚体运动:内聚单元和连续单元或实体单元。特别是,FE 商业代码 ABAQUS ® 用于执行二维分析。首先,使用COH2D4 粘性单元的应变场分别计算法向和剪切相对位移δ n 和δ ss。其次,通过平面应变单元 CPE4 确定标准连续单元的相对位移。在第二种情况下,由于计算了平面内跳跃 δ sl ,使用丰富的位移场详细描述了元素增强。随后,显示了一些涉及具有指定节点位移的 1 单元测试的代表性基准问题,以验证所提出的程序。最后,包括有限位移和旋转的水平滚筒剥离测试与线弹性脆性界面模型 (LEBIM) 一起建模。
更新日期:2020-08-01
中文翻译:
用于触发纤维增强复合材料层间损伤的线性弹性脆性界面模型的一致有限位移和旋转公式
摘要 在这项研究中,一种新程序能够计算在有限位移和旋转假设下评估牵引分离定律 (TSL) 所需的相对位移(法向 δ n 、剪切 δ ss 和面内 δ sl )。研究了界面建模的框架。当刚体运动沿着连接两个实体的界面或沿着粘合接头出现时,需要这种程序。还描述了该过程在通用有限元 (FE) 代码中的实现。在这种情况下,对于两种类型的单元公式,可以获得与轴与界面中平面重合的坐标系相关的位移,其中存在刚体运动:内聚单元和连续单元或实体单元。特别是,FE 商业代码 ABAQUS ® 用于执行二维分析。首先,使用COH2D4 粘性单元的应变场分别计算法向和剪切相对位移δ n 和δ ss。其次,通过平面应变单元 CPE4 确定标准连续单元的相对位移。在第二种情况下,由于计算了平面内跳跃 δ sl ,使用丰富的位移场详细描述了元素增强。随后,显示了一些涉及具有指定节点位移的 1 单元测试的代表性基准问题,以验证所提出的程序。最后,包括有限位移和旋转的水平滚筒剥离测试与线弹性脆性界面模型 (LEBIM) 一起建模。