Numerical determination of the strain energy release rate, comparison with the J-Integral and use of methods for calculating the effective crack length in mode I fracture mechanics experiments
| datacite.contributor.RelatedPerson | Κωστόπουλος, Βασίλειος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Τσερπές Κωνσταντίνος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Λούτας, Θεόδωρος | |
| dc.contributor.author | Ζουμπουρλός, Αρσένιος-Στέφανος | |
| dc.contributor.other | Zoumpourlos, Arsenios-Stefanos | |
| dc.date.accessioned | 2022-10-13T10:45:53Z | |
| dc.date.available | 2022-10-13T10:45:53Z | |
| dc.date.issued | 2022-10-13 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | In this work, a numerical investigation of the fracture behavior of two different adhesive joints is done using finite element methods for delamination assessment under pure mode I loading. The first joint is a dissimilar and unbalanced adhesive joint between thin titanium and CFRP adherents, that is destined for application in the future aircraft’s leading edge. This joint is reinforced from both sides with two aluminum beams to increase its flexural stiffness. For this joint, both two-dimensional and three-dimensional finite element analyses were performed due to its complexity. The second is a similar and balanced one and consists of two UD-CFRP sub-laminates which are being co-cured with the adhesive film to conclude to the final joint under study. Only two-dimensional finite element analyses were performed for this joint due to its symmetry. The finite element analyses made using cohesive zone modeling, virtual crack closure technique and contour integral analysis to capture the fracture behavior of these joints under pure mode I loading. A comparison of the different effective crack lengths calculated by various analytical equations for the compliance from the literature, is made for each joint. The calculation of the effective crack length is very useful in cases where it is not possible to measure the crack length during propagation, such as mode II experiments, or in cases where secondary cracks appear, as in the case of TiCoAJo. In addition, with the effective crack length concept it is accounted the fracture process zone effects. Also, a comparison between J-Integral and strain energy release rate calculated by different methods, is made for each joint. Finally, the results of the finite element analyses are validated with the experimental results. | |
| dc.description.translatedabstract | Στην παρούσα εργασία, γίνεται αριθμητική ανάλυση της θραυστομηχανικής συμπεριφοράς δύο διαφορετικών συγκολλητών συνδέσμων με τη χρήση μεθόδων πεπερασμένων στοιχείων για εκτίμηση της διαστρωματικής αποκόλλησης σε φόρτιση τύπου Ι. Ο πρώτος σύνδεσμος είναι ένας ανόμοιος και ασύμμετρος συγκολλητός σύνδεσμος που αποτελείται από τιτάνιο και CFRP, ο οποίος προορίζεται για εφαρμογή σε μελλοντικά αεροσκάφη. Αυτός ο σύνδεσμος ενισχύεται και από τις δύο πλευρές του με δύο δοκούς αλουμινίου για να αυξηθεί η δυσκαμψία του συνδέσμου κατά την κάμψη. Για αυτόν τον σύνδεσμο έγιναν και δισδιάστατες και τρισδιάστατες αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων λόγω της πολυπλοκότητας του. Ο δεύτερος είναι όμοιος και συμμετρικός και αποτελείται από δύο UD-CFRP υπο-πλάκες οι οποίες έχουν πολυμεριστεί μαζί με το φιλμ της κόλλας ώστε να δημιουργηθεί ο τελικός σύνδεσμος που θα μελετηθεί. Για αυτόν τον σύνδεσμο έγιναν μόνο δισδιάστατες αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων λόγω της συμμετρίας του. Οι αναλύσεις με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων έγιναν χρησιμοποιώντας cohesive zone modeling, virtual crack closure technique καθώς και contour integral analysis για την μελέτη της θραυστομηχανικής συμπεριφοράς των συνδέσμων σε φόρτιση τύπου Ι. Γίνεται σύγκριση των διαφορετικών ισοδυνάμων μηκών ρωγμής που υπολογίζονται από αναλυτικές μεθόδους για την ενδοτικότητα από τη βιβλιογραφία, για κάθε σύνδεσμο. Ο υπολογισμός του ισοδύναμου μήκους ρωγμής είναι πολύ χρήσιμος σε περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατή η μέτρηση του μήκους ρωγμής κατά τη διάδοση, όπως στα πειράματα τύπου ΙΙ, ή σε περιπτώσεις όπου εμφανίζονται δευτερεύουσες ρωγμές, όπως συμβαίνει στην περίπτωση του TiCoAJo. Επιπλέον, με τη χρήση του ισοδύναμου μήκους ρωγμής λαμβάνονται υπόψη οι επιδράσεις της ζώνης διεργασίας θραύσης. Επίσης γίνεται σύγκριση ανάμεσα στους ρυθμούς απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης που υπολογίζονται από το J-Integral και από διάφορες αναλυτικές μεθόδους από τη βιβλιογραφία για κάθε σύνδεσμο. Τέλος, τα αποτελέσματα των αναλύσεων με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων συγκρίνονται με τα πειραματικά αποτελέσματα. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/23385 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.subject | Composite materials | |
| dc.subject | Fracture mechanics | |
| dc.subject | Effective crack length | |
| dc.subject | Secondary cracks | |
| dc.subject | Cohesive Zone Model (CZM) | |
| dc.subject | Virtual Crack Closure Technique (VCCT) | |
| dc.subject | J-integral | |
| dc.subject.alternative | Σύνθετα υλικά | |
| dc.subject.alternative | Θραυστομηχανική | |
| dc.subject.alternative | Ισοδύναμο μήκος ρωγμής | |
| dc.subject.alternative | Δευτερεύουσες ρωγμές | |
| dc.title | Numerical determination of the strain energy release rate, comparison with the J-Integral and use of methods for calculating the effective crack length in mode I fracture mechanics experiments | |
| dc.title.alternative | Αριθμητικός προσδιορισμός του ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης, σύγκριση με το J-Ιntegral και χρήση μεθόδων υπολογισμού του ισοδύναμου μήκους ρωγμής σε θραυστομηχανικά πειράματα τύπου Ι |