A modified Brazilian test for the generalized-fracturetoughness determination in multimaterial corners. Numerical and experimental results

IX CONGRESO NACIONAL DE MATERIALES COMPUESTOS. Celebrado en Girona, 5, 6, 7 y 8 de julio de 2011In the present work, a general procedure for the experimental evaluation of the generalized fracture toughness in multimaterial corners is defined. The proposed method is suitable for closed corners (all material wedges being bonded) having two singular terms in the asymptotic stress representation at the corner tip. For a particular corner configuration, the method finds the load configuration at which one of the singular terms vanishes, thus the main stress contribution being controlled by the other non-vanishing singular term. The experimental test, until failure, using the previously defined load configuration allows the generalized fracture toughness associated to each singular term to be evaluated. The whole procedure has been applied to a bimaterial CFRP-Adhesive bimaterial corner and the generalized fracture toughness values have been obtained. The testing of mixed modes has permitted a failure envelope based on the generalized fracture toughness values at the corner tip to be defined. Previously published results, with different geometries, but involving the same corner, have shown that the failure envelope can predict accurately the failure initiation at these corners.Junta de Andalucía y Fondo Social Europeo P08-TEP-4071Junta de Andalucía y Fondo Social Europeo P08-TEP-4051Ministerio de Ciencia e Innovación MAT2009-14022CAPES Ministerio de Educación de Brasi

Singularity parameter determination in adhesively bonded lap joints for use in failure criteria

A procedure for the singularity characterization of anisotropic multimaterial corners which typically appear in adhesively bonded lap joints between metals and composites is presented and implemented in the present work. The characterization in terms of characteristic exponents (stress singularities), characteristic functions and generalized stress intensity factors allows the definition of an oriented test program in order to analyze the suitability of a singularity based failure criterion for structures of this type.Ministerio de Ciencia y Tecnología MAT2003-03315

Caracterización del estado tensional en el entorno de esquinas con varios materiales anisótropos

IV CONGRESO NACIONAL DE MATERIALES COMPUESTOS. Celebrado en Gijón, los días 21,22 y 23 de Noviembre de 2001En el presente trabajo se presenta la generalización e implementación del procedimiento de cálculo, basado en el enfoque de Ting1, para la caracterización del estado tensional singular en las proximidades de una esquina a la que concurren varios materiales anisótropos elásticos. Con base en el formalismo de Stroh y haciendo uso del concepto de la matriz de transferencia se ha implementado un programa en el que se obtienen los órdenes de singularidad de tensiones, así como la distribución espacial de los desplazamientos y tensiones de una manera eficiente. Suponiendo adhesión perfecta en la intercara entre los materiales, se contemplan todas las combinaciones de condiciones de contorno libre y empotrado, así como todos los materiales unidos. El procedimiento incluye la posibilidad de introducir materiales matemáticamente degenerados, dentro del marco del formalismo, entre los cuales se pueden considerar a los materiales isótropos. Independientemente del número de materiales, para el caso de todos unidos, se resuelve un sistema de autovalores de tamaño 6x6 para la obtención de los órdenes de singularidad, mientras que para todas las combinaciones libre/empotrado, el sistema es de 3x3. Se presentan resultados numéricos.The generalization of a procedure, developed by Ting1 , for the stress characterization at the neighbourhood of an anisotropic elastic multimaterial corner is presented. Using Stroh's formalism and the concept of the transfer matrix, a computer program has been implemented in order to obtain the order of the stress singularities and the behaviour of displacements and stresses fields in a very efficient way. Assuming perfect bonding between materials, all combinations of boundary conditions including free and clamped are considered, as well as all of them bonded. The procedure includes the possibility of taking into acount mathematically degenerated materials, with isotropic materials as an example. A 6x6 eigenvalue system is solved .for all-bonded configurations, no matter how many materials are included. In the case of combinations of free/clamped the size is reduced to 3 x3. Numerical results are presented.Ministerio de Ciencia y Tecnología EUREKA S! 1882Ministerio de Educación y Cultura PB98-111

Generación de las matrices de transferencia en el formalismo de Stroh para materiales degenerados en esquinas multimateriales anisótropas.

IV CONGRESO NACIONAL DE MATERIALES COMPUESTOS. Celebrado en Gijón, los días 21,22 y 23 de Noviembre de 2001Las uniones adhesivas entre adherentes metálicos y composites (frecuentes en la industria aeronáutica), presentan habitualmente esquinas multimateriales con materiales isótropos (adhesivo y adherentes metálicos) y transversalmente isótropos, que según la orientación relativa o valor de sus constantes, pueden ser degenerados, desde un punto de vista matemático. El uso de la matriz de transferencia facilita la caracterización del estado tensional singular en el entorno de esquinas multimateriales. Para esquinas multimateriales anisótropas, se ha generado con base en el formalismo de Stroh, las matrices de transferencia para materiales matemáticamente degenerados, generalizando la ya existente matriz de transferencia para materiales anisótropos no degenerados desarrollada por Ting. Los materiales isótropos se pueden considerar, en el marco del formalismo, como materiales anisótropos matemáticamente degenerados. Se completa de esta manera el abanico de materiales a incluir en este tipo de análisisMetal to composite adhesive joints, give rise very often to corners involving isotropic materials (metal adherends and the adhesive) and transversely isotropic materials, which depending on the relative orientation and the value of the elastic constants, can be considered as degenerated materials, which a mathematical point of view. The use of the transfer matrix facilitates the singular stress characterization in the neighbourhood of multimaterial corners. For anisotropic multimaterial corners, and in the frame of Stroh formalism, the transfer matrix have been derived for degenerated materials, generalizing the existing one for non degenerated anisotropic materials, developed by Ting. lsotropic materials can be considered in the frame of the formalism as mathematically degenerated anisotropic materials. The range of materials covered by this type of analysis is in this way completedMinisterio de Ciencia y Tecnología EUREKA S! 1882Ministerio de Educación y Cultura proyecto PB98- 111

Expresiones explícitas de los autovectores ortonormalizados para materiales transversalmente isótropos en el formalismo de Stroh. Aplicación al análisis de singularidades en uniones adhesivas

La resolución de problemas de elasticidad lineal anisótropa, utilizando el formalismo de Stroh, se basa en el conocimiento de los autovalores y autovectores de la matriz de elasticidad fundamental N. En el presente trabajo se presenta el conjunto completo de expresiones explícitas de dichos autovalores y autovectores para materiales transversalmente isótropos. Puesto que el comportamiento de las láminas unidireccionales de materiales compuestos fibrosos es típicamente transversalmente isótropo, los resultados obtenidos permiten el análisis de problemas con este tipo de materiales. Se presentan aplicaciones para uniones adhesivas entre metales y materiales compuestos.Ministerio de Ciencia y Tecnología PROFIT 2001Ministerio de Ciencia y Tecnología Proy. EUREKA Σ!1882Ministerio de Ciencia y Tecnología Proy. No. 2000-111

Representatividad del estado singular de tensiones en el fallo de uniones adhesivas metal-composite

VII CONGRESO NACIONAL DE MATERIALES COMPUESTOS. Celebrado en Valladolid los días 19, 20 y 21 de Septiembre 2007En uniones adhesivas a solape entre láminas de material metálico y material compuesto aparecen puntos críticos donde la geometría y las propiedades mecánicas cambian de forma abrupta. Estas "esquinas multimateriales", en las que la Teoría de la Elasticidad Lineal predice tensiones no acotadas, son puntos potencialmente críticos para el inicio del fallo catastrófico de la unión. En este trabajo se ha realizado una completa caracterización del estado tensional asintótico en dichas esquinas para posteriormente analizar, mediante un programa experimental de ensayos, la posible representatividad de los parámetros singulares que definen el estado singular de tensiones en el fallo de la unión. La puesta en común de los resultados experimentales y los de la representación asintótica de tensiones ha mostrado que existe una influencia inequívoca de los parámetros singulares (Factores de Intensificación de Tensiones Generalizados) del estado tensional en el mecanismo de fallo de la unión.Ministerio de Educación y Ciencia TRA2005-06764Ministerio de Educación y Ciencia TRA2006 08077Junta de Andalucía TEP-1207Junta de Andalucía TEP- 0204

A semi-analytical matrix formalism for stress singularities in anisotropic multi-material corners with frictional boundary and interface conditions

A new general semi-analytic procedure for the characterisation of singular asymptotic elastic states in the vicinity of the apex of linearly elastic anisotropic multi-material corners, including frictional contact, is developed and tested. The corners can consist of any finite number of homogeneous wedges defined by polar sectors. The variability of configurations covered is enormous as frictional contact can be considered on one or more outer boundary surfaces or interfaces, in addition to a large variety of homogeneous boundary conditions and perfect bonding or frictionless sliding interface conditions between wedges in the corner. The Coulomb rate-independent and dry frictional contact law is assumed. One of the novelties is that, in addition to the singularity exponent , the angle of the friction tangential stress vector on each frictional contact surface is an a priory unknown to be determined by solving a nonlinear corner eigensystem. The procedure, which considers power-law stress singularities, is based on the Stroh formalism of anisotropic elasticity, assuming generalised plane strain (2.5D) conditions, and on the semi-analytic matrix formalism for wedge transfer-matrices and boundary and interface condition matrices. This makes it, firstly, very suitable for computational implementations, secondly, very efficient especially in cases with several perfectly bonded homogeneous wedges, and, thirdly, very accurate due to its fully semi-analytic nature. The code developed is tested by solving a large variety of examples, comparing the present results with those obtained by solving closed-form corner-eigenequations deduced by previous authors for specific useful practical configurations, confirming the extremely high accuracy of the present code in the computation of and . The differences observed in some cases with anisotropic materials are explained by the fact that some of the previous authors did not take the true 3D Coulomb friction law into account

Caracterización numérica de esquinas multimateriales 3-D

VI CONGRESO NACIONAL DE MATERIALES COMPUESTOS. Celebrado en Valencia, 27-29 de junio de 2005.Se presenta un método eficiente para calcular los Factores de Intensidad de Tensiones Generalizados (FITG) asociados a términos de tensión singulares y no-singulares en aristas de esquinas 3-D formadas por la unión de varios materiales. Este método está basado en el concepto de la integral-H. Se modelan 2 esquinas bimateriales en las cuales se calculan los FITGs asociados a los 2 primeros términos del desarrollo asintótico de la solución elástica lineal en el entorno de la arista.Ministerio Español de Ciencia y Tecnología MAT2003-0331

Evaluation of generalized stress intensity factors in anisotropic elastic multimaterial corners

11th European Conference on Composite Materials, Rhodes, Greece, May 31 to June 3, 2004.A least squares method has been developed to evaluate Generalized Stress Intensity Factors (GSIF) in 2D anisotropic linear elastic multimaterial corners. As characteristic exponents (order of stress singularities) and characteristic angular functions are evaluated first in a semi-analytical way, the only parameters to adjust in the least squares procedure are the GSIFs. Numerical examples are presented involving single and bi-material isotropic free-free corners for comparison purposes with other authors. The Boundary Element Method (BEM) has been used for numerical solutions of the presented problems. Although the procedure is tested in the present work, only with single and bimaterial isotropic free-free corner configurations, due to the easier possibility to compare with solutions of these problems by other authors, the proposed method is valid for any generic multimaterial corner configuration involving homogeneous anisotropic linear elastic materials.Ministerio de Ciencia y Tecnología MAT2003-0331

Design of a cruciform specimen for biaxial transverse tests

X CONGRESO NACIONAL DE MATERIALES COMPUESTOS. Celebrado en Algeciras los días 2, 3, 4 y 5 de julio de 2013The objective of this paper is the design of the adequate geometry of the cruciform specimens to be tested under biaxial transverse loads. To this end Finite Element models have been developed. The analysis of the results provided by the FEM models are used to design a crucifotm geometry that assures that the failure takes place at the central zone of the specimen (the area really subjected to biaxial load) and minimizes undesirable effects such as stress concentrationsMinisterio de Educación y Ciencia TRA2005-06764Ministerio de Educación y Ciencia TRA2006 08077Ministerio de Educación y Ciencia MAT 2009-14022Junta de Andalucía TEP-02045Junta de Andalucía TEP-0405