Impact damage characteristics of carbon fibre metal laminates : experiments and simulation

In this work, the impact response of carbon fibre metal laminates (FMLs) was experimentally and numerically studied with an improved design of the fibre composite lay-up for optimal mechanical properties and damage resistance. Two different stacking sequences (Carall 3–3/2–0.5 and Carall 5–3/2–0.5) were designed and characterised. Damage at relatively low energy impact energies (≤30 J) was investigated using Ultrasonic C-scanning and X–ray Computed Tomography (X-RCT). A 3D finite element model was developed to simulate the impact induced damage in both metal and composite layers using Abaqus/Explicit. Cohesive zone elements were introduced to capture delamination occurring between carbon fibre/epoxy plies and debonding at the interfaces between aluminium and the composite layers. Carall 5–3/2–0.5 was found to absorb more energy elastically, which indicates better resistance to damage. A good agreement is obtained between the numerically predicted results and experimental measurements in terms of force and absorbed energy during impact where the damage modes such as delamination was well simulated when compared to non-destructive techniques (NDT)

Fracture criteria for automobile crashworthiness simulation of wrought aluminium alloy components

Bei der Automobil-Crash-Simulation ist die Vorausbestimmung der plastischen Verformung und des Bruchs jeder signifikanten Komponente für die richtige Bestimmung der Energieabsorbion durch die Fahrzeugstruktur entscheidend. Für die kommerzielle FEM-Simulation besteht dringender Bedarf für validierte Deformations- und Versagensmodelle, die eine adäquate Beschreibung dieser Phänomene erlauben. Ziel der vorliegenden Arbeit ist der Vergleich und die Validierung existierender numerischer Verfahren für die Vorausbestimmung des Versagens anhand von Versuchsergebnissen. Alle hier dargestellten Versuche wurden an den Aluminiumknetlegierungen Al Mg Si1-F31 und AlMgSiCu-T6 durchgeführt. Ein viskoplastisches Materialgesetz wurde eingeführt, dessen Parameter anhand einachsiger Zug- und Druckversuche bei unterschiedlichen Dehngeschwindigkeiten ermittelt wurden. Grundlegende Mechanismen für Entstehung, Wachstum und Zusammenschluß von Poren sowie für Scherbandbruch werden in Betracht gezogen. Zwei unterschiedliche Wege zur Vorausbestimmung der Bruchentstehung werden verglichen. Der erste basiert auf makroskopischen Spannungen und Dehnungen in Form einer Abhängigkeit der lokalen Vergleichsdehnung vom Mehrachsigkeitsgrad. Der zweite Weg baut auf ein modifiziertes Gurson-Modell unter Verwendung von Zustandsvariablen im mesokopischen Maßstab wie Hohlraumvolumenanteil. Gekerbte Stäbe mit unterschiedlichem Kerbradius sowie rotationssymetrische Scherproben wurden verwendet, um duktile Brüche bzw. Scherbandbrüche bei unterschiedlichen Spannungszuständen zu erreichen. Die kritische makroskopische und mesoskopische Schädigung an der Bruchinitierungsstelle wurden durch FEM-Simulation für die unterschiedlichen Proben bestimmt. Die ermittelten Bruchkriterien wurden an Crashversuchen mit realen Komponenten angewandt. Die Qualität der Voraussage des Versagens realer Komponente wird für beide Kriterien diskutiert