Dynamic delamination modeling using cohesive finite elements

International audienceIn this paper we present a methodology for the prediction of impact induced damage in aeronautical composite structures. Material under consideration is a carbon fiber and epoxy resin (T800S/M21) unidirectional laminate. Continuum damage mechanics is applied for plies and cohesive finite elements are used for delamination prediction. The numerical simulation results from finite element codes are compared with experimental results

Behaviour and damage of injected carbon-fibre-reinforced polyether ether ketone: From process to modelling

International audienceShort-carbon-fibre-reinforced polyether ether ketones are materials of great interest for the aeronautical industry. In this study, a design of experiment was carried out to understand the effect of process parameters on micro- and macro-scale properties of injection-moulded short-carbon-fibre-reinforced polyether ether ketone (90HMF40). Mould temperature was found to be the most significant parameter; it had a positive effect, essentially on failure stress and strain. Once the damage and plasticity scenarios were understood, a micromechanical model based on Mori-Tanaka homogenization theory was developed, featuring micro-damage and coupling with macro-plasticity. This model gave good predictions for quasi-static tensile tests

Robust characterization of crack propagation in 3D woven composites and evidences of size dependency

International audienceThe failure of fibers inside the yarns of 3D woven carbon/epoxy composites is investigated experimentally by estimating the critical energy release rate GC, through the analysis of Compact Tension (CT) and Single Edge Notched Beam (SENB) specimens. Close attention is paid to the specimen design as well as the tracking of the crack growth. Several data analysis methods are compared in order to obtain a valid process for highly anisotropic materials such as 3D woven composites with a relatively large Representative Elementary Volume (REV). Variation of GC with the specimen size and geometry is obtained and evidences of the invalidity of the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) framework for 3D woven composites are highlighted

Simulation d'impact et effets de l'environnement sur un composite stratifié carbone-époxy Impact simulation and environmental effects on a carbon-epoxy laminated composite

National audienceUne étude du comportement à l'impact du matériau composite fibres de carbone-résine époxy T800S-M21 a été menée en prenant en compte les effets de deux conditions environnementales: température et humidité. La caractérisation des propriétés mécaniques du pli élémentaire a permis de mettre en place un modèle élasto-plastique du comportement matériau rendant compte des effets observés. Il en a été de même pour le comportement au délaminage qui a été caractérisé en mode I et II. Les effets de l'environnement sur le comportement à l'impact ont alors été évalués. Le modèle matériau identifié par les essais de caractérisation a été implémenté dans le code LS-Dyna dans un modèle numérique mixant éléments cohésifs pour les délaminages interplis et éléments volumique pour les plis. Une stratégie de maillage a été adaptée afin de représenter au mieux les fissures matricielles localisées qui assurent la transition entre la propagation des délaminages entre les couches lors de l'impact. Les résultats des simulations de choc ont été comparés avec succès aux essais expérimentaux en termes de réponse globale, endommagement interne (rupture des fibres, fissures matricielles et délaminage) et indentation. La prise en compte des effets environnementaux est aussi abordée dans la simulation de l'impact.A study of the impact behavior of the carbon fibre/epoxy resin composite material T800S-M21 has been achieved by taking into account 2 environmental factors : temperature and humidity. Several tests have been performed to characterize the mechanical properties of elementary ply and a damage elastoplastic model able to reproduce the observed effects of environment has been proposed. Environmental effects of low velocity impact have been investigated on different laminates. A numerical model has been developped in LS-Dyna with cohesive elements for interply delaminations and volumic meshes for ply modeling. A meshing strategy has been used to best represent localized matrix intraply cracks which govern change of plane of propagation of impact delaminations. Numerical results have been compared with success to experimental results in terms of global response, internal damage: fiber failures, matrix cracking and delamination) and permanent indentation. Effect of environment has also been investiguated for impact simulation

Modelling Strategies for Predicting the Residual Strength of Impacted Composite Aircraft Fuselages

Aeronautic Certification rules established for the metallic materials are not convenient for the composite structures concerning the resistance against impact. The computerbased design is a new methodology that is thought about to replace the experimental tests. It becomes necessary for numerical methods to be robust and predictive for impact. Three questions are addressed in this study: (i) can a numerical model be “mechanically intrinsic” to predict damage after impact, (ii) can this model be the same for a lab sample and a large structure, and (iii) can the numerical model be predictive enough to predict the Compression After Impact (CAI)? Three different computational strategies are used and compared: a Cohesive Model (CM), a Continuous Damage Model (CDM) coupling failure modes and damage, and a Mixed Methodology (MM) using the CDM for delamination initiation and the CM for cracks propagation. The first attempts to use the Smooth Particle Hydrodynamics method are presented. Finally, impact on a fuselage is modelled and a numerical two-stage strategy is developed to predict the CAI

Modeling of Cylindrical Adhesively Bonded Joints

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Comportement des matériaux composites SMC-R sous diverses sollicitations = Behaviour of composite materials SMC-R under diverse loads

National audienceL'objectif de cette étude est de modéliser le comportement de structures composites à fibres courtes de type SMC-R sous différents types de sollicitations. La première partie de l'étude présente l'analyse expérimentale de comportement du matériau. Des essais de caractérisations des SMC-R sous diverses sollicitations ont été réalisés afin de mettre en place de nouvelles lois de comportement. Les sollicitations sont de types traction simple, traction cyclique Pure, compression cyclique pure, couplage de traction-compression, cisaillement simple, cisaillement cyclique et couplage cisaillement –traction. La deuxième partie présente l'étude numérique d'un modèle de comportement élastoplastique endommageable développé lors de précédentes études. Ce modèle a été implanté dans un code de calcul implicite et explicite par éléments finis (SAMCEF). Enfin, une comparaison a été faite entre les résultats obtenus expérimentalement et ceux obtenues à partir de la simulation numérique par éléments finis

Simplified Stress Analysis of Multilayered Adhesively Bonded Metallic Structures

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Improvement of tensile strength of weld lines of a short carbon fiber reinforced PEEK using different overflow tabs configurations

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Analyse des vibrations de poutres composite délaminées par le modèle de Newton

National audienceLa modélisation de structure délaminée sous sollicitation vibratoire est généralement un problème non-linéaire. En effet, de telles sollicitations peuvent donner lieu à des ouvertures de délaminage modifiant la réponse en déplacement de la structure. La gestion du contact périodique entre les deux lèvres du délaminage est la difficulté majeure de la représentation de ce type de problème. Dans ce travail, un nouveau modèle de gestion du contact considérant la conservation des énergies pendant le choc a été mis au point. Il est évalué sur des essais de vibration de poutres délaminées sollicitées sur leur premier mode de flexion. Les effets des différentes positions et tailles de délaminage sur le comportement dynamique sont considérés. Les résultats, de fréquence et de déformée modale, sont comparés à ceux de modèles de référence. Les résultats de ce nouveau modèle sont très proches des résultats des essais