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Numerical investigation of two-dimensional Mode-II delamination in composite laminates

Résumé

Delamination in real composite structures, which generally tends to grow in two-dimensions, sometimes cannot be appropriately represented by the widely accepted test methods where one-dimensional (1D) beam specimens are typically employed. In order to compare and contrast the two-dimensional (2D) and 1D delamination behavior under Mode-II fracture condition, a numerical investigation was carried out in this work based on previous 2D experiments (Fig. 1) and end-loaded split (ELS) experiments. Three-dimensional finite element models (Fig. 2) were established for the simulation of the experiments, and a new cohesive zone model was developed to take into account the effects of a large-scale fracture process zone (FPZ) in the presence of resin plastic deformation, microcracking and fiber (bundle) bridging. The total strain energy release rate (SERR) for Mode-II delamination in 2D plates were found to be similar to that in 1D beams of the same bulk materials, whereas the cohesive relationship was significantly different. Membrane forces that originated in the 2D plates due to large deformation resulted in reduced mean shear tractions over the microcracking zone, which might lead to significant discrepancies in the fracture behavior compared to that in standardized beam specimens.

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La catastrophe du Vol 587 American Airlines s'explique par la rupture de la dérive de l'appareil.|vignette La mécanique de la rupture tend à définir une propriété du matériau qui peut se traduire par sa résistance à la rupture fragile (fracture) ou ductile. Car si les structures sont calculées pour que les contraintes nominales ne dépassent pas, en règle générale, la limite d'élasticité du matériau et soient donc par voie de conséquence à l'abri de la ruine par rupture de type ductile ; elles ne sont pas systématiquement à l'abri d'une ruine causée par la présence d'une fissure préexistante à la mise en service ou créée en service par fatigue (comme lors de la catastrophe ferroviaire de Meudon) ou par corrosion sous contrainte.
Dimension
Le terme dimension, du latin dimensio « action de mesurer », désigne d’abord chacune des grandeurs d’un objet : longueur, largeur et profondeur, épaisseur ou hauteur, ou encore son diamètre si c'est une pièce de révolution. L’acception a dérivé de deux façons différentes en physique et en mathématiques. En physique, la dimension qualifie une grandeur indépendamment de son unité de mesure, tandis qu’en mathématiques, la notion de dimension correspond au nombre de grandeurs nécessaires pour identifier un objet, avec des définitions spécifiques selon le type d’objet (algébrique, topologique ou combinatoire notamment).
Matériau composite
vignette|Multicouche, un exemple de matériau composite. Un matériau composite est un assemblage ou un mélange hétérogène d'au moins deux composants, non miscibles mais ayant une forte capacité d'interpénétration et d'adhésion, dont les propriétés mécaniques se complètent. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés avantageuses que les composants seuls ne possèdent pas. Bien que le terme composite soit moderne, de tels matériaux ont été inventés et abondamment utilisés bien avant l'Antiquité, comme les torchis pour la construction de bâtiments.
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