Inżynieria mechaniczna

Dyscyplina naukowa: Inżynieria mechaniczna

Temat: Wyznaczanie czoła delaminacji w laminatach kompozytowych FRP ze sprzężeniami mechanicznym za pomocą zaawansowanych metod obliczeniowych

Topic: Delamination front determination in elastically coupled FRP composite laminates by means of advanced computational methods

Promotor: dr hab. inż. Sylwester Samborski; prof. Ing. Paolo Sebastiano Valvo, MSC, PhD

Email: s.samborski@pollub.pl; p.valvo@ing.unipi.it

Opis

Modelowanie rozkładu współczynników uwalniania energii (WUE) - GI, GII oraz GIII odnoszących się do trzech schematów pękania międzywarstwowego (delaminacji) w przypadku laminatów kompozytowych zbrojonych włóknami, o dowolnym kącie ukierunkowania włókien i różnych sprzężeniach mechanicznych. Doświadczalne i numeryczne wyznaczanie kształtu i położenia czoła delaminacji próbek laminatowych w różnych konfiguracjach, np. DCB, ENF itp., zgodnie z odnośnymi normami ASTM lub ISO.

Głównym celem pracy doktorskiej będzie opracowanie nowatorskich narzędzi obliczeniowych do skutecznej i wydajnej symulacji propagacji pęknięć międzywarstwowych, w wielokierunkowych płytach laminowanych wzmocnionych włóknami z dowolną sekwencją warstw i potencjalnymi sprzężeniami mechanicznymi. Szczególna uwaga zostanie poświęcona implementacji niektórych zaawansowanych metod obliczeniowej mechaniki pękania - takich jak rozszerzona metoda elementów skończonych (XFEM) i model pola fazowego - które pozwalają na symulację propagacji pęknięć bez konieczności aktualizacja siatki elementów skończonych. Modele mechaniczne, które zostaną opracowane, będą następnie walidowane w odpowiednio zaprojektowanych testach doświadczalnych. Dokładność i efektywność obliczeniowa przyjętych metod numerycznych i rozwiązań będzie oceniana i porównywana między sobą oraz z uznanymi metodami, np. technika wirtualnego zamykania pęknięć (VCCT) i metoda strefy kohezyjnej (CZM).

Słowa kluczowe: delaminacja, laminat, sprzężenie mechaniczne, odporność na pękanie

Description:

Modeling the distribution of energy release rates (WUE) - GI, GII and GIII relating to three interlayer cracking (delamination) patterns in the case of fiber-reinforced composite laminates with any angle of fiber orientation and different elastic couplings. Experimental and numerical determination of the shape and position of the delamination front of laminate samples in various configurations, e.g. DCB, ENF, etc., in accordance with the relevant ASTM or ISO standards.

The final goal of the PhD thesis will be development of novel software tools for the effective and efficient simulation of interlaminar crack propagation in multidirectional fibre-reinforced composite laminated plates with arbitrary stacking sequences and potential elastic couplings. To this aim, special attention will be devoted to the ad hoc implementation of some advanced methods in computational fracture mechanics – such as the extended finite element method (XFEM) and the phase field model – which allow the simulation of crack propagation without the need of updating the finite element mesh. The mechanical models that will be developed will be validated against suitably designed experimental tests. The accuracy and computational effectiveness of the adopted numerical solution methods will be assessed and compared among each others and with established approches, e.g. the virtual crack closure technique (VCCT) and the cohesive zone model (CZM).

Keywords: delamination, laminate, elastic coupling, fracture toughness