Estudio de grietas y delaminación en laminados curvos de material compuesto mediante el uso de los métodos de Phase Field y Cohesive Zone Model

Abstract

[ES] En este documento se presenta el desarrollo y aplicación de diferentes técnicas de análisis de la mecánica de fractura en materiales compuestos. Estas metodologías pueden clasificarse entre las empleadas para determinar el daño intralaminar y las empleadas para la obtención de resultados acerca del daño interlaminar o delaminación. Para el primer caso, se presenta el Phase Field, con una introducción teórica sobre sus fundamentos y formulación matemática, y una posterior aplicación a laminados rectos y curvos de material compuesto. Por otro lado, para el estudio del daño entre distintas capas, se introduce el Cohesive Zone Model, de manera análoga al Phase Field, aunque en este documento su aplicación se restringe al caso de los laminados curvos. Además, en ambos casos, para aumentar la precisión de los análisis, se ha desarrollado un código en Python para establecer con precisión, elemento a elemento, la dirección principal de las fibras a lo largo de los componentes. Para finalizar, la validación de resultados se realiza por comparación con investigaciones realizadas por autores con amplia experiencia en el campo de la mecánica de la fractura.

[EN] This document presents the development and application of different techniques for fracture mechanics analysis in composite materials. These methodologies can be classified into those used to determine intralaminar damage and those used to obtain results on interlaminar damage or delamination. For the first case, the Phase Field is presented, with a theoretical introduction on its fundamentals and mathematical formulation, and a subsequent application to straight and curved composite laminates. On the other hand, for the study of damage between different layers, the Cohesive Zone Model is introduced, in a similar way to the Phase Field, although in this document its application is restricted to the case of curved laminates. In both cases, in order to increase the accuracy of the analyses, a Python code has been developed to establish precisely, element by element, the principal directions of the fibres along the components. Finally, the results are validated by comparison with research carried out by authors with extensive experience in the field of fracture mechanics.