Obtaining the cohesive laws of a trapezoidal mixed-mode damage model using an inverse method

 

Raul D.S.G. Campilho¹*, Marcelo F.S.F. de Moura² *,Dimitra A. Ramantani³*, João P.M. Gonçalves⁴ **

 

*Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, Faculdade de Engenharia, Rua Dr. Roberto Frias s/n, 4200-465 Porto, Portugal

**Mathematical Sciences Department, IBM T. J. Watson Research Center, 1101 Kitchawan Road, Yorktown Heights, NY 10598, USA

¹dem05004@fe.up.pt, ²mfmoura@fe.up.pt, ³dem06002@fe.up.pt, ⁴jpgoncal@us.ibm.com

 

ABSTRACT: The use of cohesive damage models in fracture problems has become frequent in recent years. The objective of this work is to present a trapezoidal mixed-mode cohesive damage model appropriate for ductile adhesives in adhesively bonded joints. The proposed model replaces the solid finite elements traditionally used to simulate the adhesive layer, thus reducing the computational effort. It is known that the adhesive bulk properties are not adequate to characterize these laws. In this work, Double Cantilever Beam and End Notched Flexure tests are performed to obtain the cohesive laws of the adhesive Araldite^® 2015 in pure modes I and II, respectively. The fracture energies are obtained using a new data reduction scheme based on the crack equivalent concept. The remaining cohesive parameters are obtained with an inverse method. It was verified that the numerical R-curves agree with the experimental ones.

Keywords: Finite Element Method, Cohesive damage models, Bonded joints, Fracture.

 

RESUMO: A utilização de modelos de dano coesivos para a modelação de problemas de fractura tornou-se frequente nos últimos anos. O objectivo deste trabalho é apresentar um modelo de dano coesivo trapezoidal em modo misto adequado para adesivos dúcteis em juntas adesivas. O modelo proposto substitui os elementos finitos sólidos usados tradicionalmente para simular a camada de adesivo, reduzindo assim o esforço computacional. As propriedades medidas em provetes de adesivo maciço não são representativas do comportamento do adesivo quando utilizado na forma de camada muito fina. Assim, para caracterizar as leis coesivas do adesivo Araldite^® 2015 em modos puros I e II realizaram-se ensaios Double Cantilever Beam e End Notched Flexure, respectivamente. As tenacidades são obtidas através de um método baseado no conceito da fenda equivalente. Os restantes parâmetros coesivos são obtidos por um método inverso. Verificou-se que as curvas R numéricas apresentam uma boa correlação com as experimentais.

Palavras chave: Método dos Elementos Finitos, Modelos de dano coesivos, Juntas coladas, Fractura.

 

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REFERENCES

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