Title: Quasi-static simulations of laminated structures with explicit finite elements method
Other Titles: Quasi-static simulations of laminated structures with explicit finite elements method
Language: English
Authors: Pages Miro, Carla 
Qualification level: Diploma
Advisor: Pettermann, Heinz  
Issue Date: 2013
Number of Pages: 77
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die Verwendung künstlicher Verbundwerkstoffe wie Fiber Reinforced Polymer (FRP) Laminate ist in den letzten Jahren durch verschiedene Anwendungen, die hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit erfordern, populär geworden. FRP Laminate weisen ein komplexes Versagensverhalten auf, wobei vorwiegend zwei Arten des Versagens zu beobachten sind: das Versagen innerhalb einer Schicht und das Versagen an den Nahtstellen unterschiedlicher Schichten (Delamination). Dieses Projekt untersucht das mechanische Verhalten einer FRP laminierten Struktur durch eine Finite Elemente Methode (FEM) mit expliziter Dynamik, bezogen auf ein quasi-statisches Problem und unter Verwendung von ABAQUS 6.12. Eine langfaserverstärkte Probe mit 0°/90° Ausrichtung der Fasern wird einer Drei-Punkt-Biege Situation ausgesetzt, um Informationen über die Schädigung der Schichten und Delamination der Struktur zu erhalten. Dreidimensionale Modelle mit unterschiedlichen Netzdichten werden analysiert und mit den Ergebnissen einer früheren Arbeit verglichen, die verschiedene Modelle mit impliziter, quasi-statischer Lösungsstrategie untersuchte. Die Schädigung der Schichten wird durch ein VUMAT Unterprogramm in Verbindung mit ABAQUS / Explicit, die Delamination durch oberflächenbasiertes kohäsives Verhalten der Schnittstelle, enthalten im ABAQUS Programmpaket, modelliert. Die Ergebnisse belegen die Existenz einer starken Beziehung zwischen Schädigung der Schichten und Delamination und zeigen in Bezug auf den Schadensverlauf Ähnlichkeiten mit vorangegangenen experimentellen Untersuchungen auf. Ähnlichkeiten gibt es auch zwischen den Ergebnissen des vorliegenden Projektes und jenen vorangegangener Simulationen mit impliziter, quasi-statischer Lösungsstrategie, obwohl im vorliegenden Fall niedrigere Werte der Festigkeit und Steifigkeit angenommen werden.

The use of artificial composite materials such as Fiber Reinforced Polymer (FRP) laminates has become popular through a wide variety of applications requiring high specific strength and stiffness during the past years. FRP laminates have a complex failure behavior, which includes two main failure modes to take under consideration: failure inside the ply and failure in the interface between plies (delamination). This project studies the mechanical behavior of a FRP laminated structure by an explicit dynamics Finite Elements Method (FEM) applied to a quasi-static problem using ABAQUS 6.12. A long-fiber reinforced specimen with 0°/90° orientation of the fibers is placed under a Three Point Bending situation in order to obtain information about the ply damage and delamination of the structure. Three-dimensional models with different mesh refinements are analyzed and compared to results obtained in a previous thesis by different models and implicit quasi-static analyses. The ply damage is modeled by a VUMAT subroutine used in conjunction with ABAQUS/Explicit and the delamination is modeled by surface-based cohesive behavior of the interface included in the ABAQUS package. The results prove the existence of a strong relationship between ply damage and delamination and similarity to the damage sequence in experimental tests results. A resemblance between the present simulations and previous results by implicit quasi-static solutions is found, although lower values of strength and stiffness are estimated in the present case.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-63897
http://hdl.handle.net/20.500.12708/6932
Library ID: AC11119317
Organisation: E317 - Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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