Finite element modeling of Compression After Impact test for laminated composite thin plates with initial delaminations

Abstract

[ES] El objetivo es crear un modelo por elementos finitos capaz de predecir de forma aproximada la carga última de fallo del ensayo de compresión después de impacto en una placa delgada laminada de materiales compuestos. Además, inicialmente esta placa presenta áreas delaminadas en sus interfaces, provocadas por un impacto previo de baja energía. El modelo incluye no linealidades geométricas, modelos de fallo no lineares de los materiales y de delaminación entre capas. La combinación de todos éstos determina la carga última de fallo. El proceso de construcción del modelo incluye la realización de una serie de ensayos para estimar los parámetros del problema a definir. Las propiedades mecánicas del laminado se calculan a través de ensayos de tracción. Las áreas delaminadas se obtienen a partir de ensayos de impacto junto con la realización de inspecciones con un scanner de ultrasonidos. Finalmente, con ensayos de compresión después de impacto se obtienen las cargas últimas de fallo con las que comparar el modelo desarrollado de elementos finitos.

[EN] The aim of this project is to create a finite element model to predict the failure mechanisms of thin-walled laminates under Compression-After-Impact testing based on different experimental validation. First, the material properties of the laminate under investigation are estimated from tensile tests and analytical approaches. Then, a controlled low energy impact with a pendulum impact system is carried out in order to induce internal damages (indentation, delamination, matrix cracking, fiber/matrix debonding and fiber breakage). These experiments are followed by ultrasonic scanning of the damaged samples in order to characterize the damaged areas, in particular, at the layer interfaces in the through-thickness direction. This is followed by a set of Compression-After-Impact tests combined with digital imaging correlation using an ARAMIS 3D measuring system (Gom mbH, Braunschweig, Germany). Compression-After-Impact tests are carried out with a frame modified for thin-walled laminates enabling an easier measurement of thin laminates. Finally, all the data collected in the experiments is compared to the finite element simulations built up with the results of Finite Element code Abaqus (Dassault Systèmes SA, Paris, France). Then, through these models the potential interactions between global and local failure mechanisms in Compression-After-Impact testing are analyzed with different interface damage idealizations.