Delamination Analysis of Carbon/Epoxy Laminate Using Continuum Damage Mechanics = Delamination Analysis of Carbon/Epoxy Laminate Using Continuum Damage Mechanics

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 탄소/에폭시 복합재 적층시편의 층간분리 거동을 연속체파괴역학에 기초한 점진적 파선 해석을 사용하여 연구하였다. 시편의 중앙선을 따라 얇은 기지재료를 삽입하고 이의 파괴거동을 통하여 층간분리를 모사하였다. 재료의 파괴는 연속체파괴역학 이론에 따라 재료의 특성을 저하시키는 방법으로 모델링 하였는데, 이 방법은 유한요소 이산화에 민감한 것으로 알려져 있으므로, 본 논문에서는 먼저 이를 수치적으로 확인하고 정확한 해석적 예측을 위해 두 가지 대안 전략을 사용하였다. 첫 번째 방법은 매칭 결과를 생성하는 유한요소 크기의 기술적 선택이고 두 번째 방법은 일정한 유한요소 크기를 가지는 메쉬에 대해 등가 인터페이스 강도를 사용하는 것이다. 이 전략을 사용하여 DCB, ENF 및 MMB 시편형상에 대해 해석을 수행하였고 이를 별도의 실험결과와 비교하였다. 또한 VCCT와 CZM 방법에 의해서도 해석을 수행하였으며 그 결과도 함께 비교하였다. 해석결과 첫 번째 방법의 경우 각각의 모드에서 동시에 사용할 수 있는 요소크기를 결정하는 것은 가능하지 않은 것으로 나타났다. 두 번째 방법을 사용하여 모드 I 및 II에서 결정된 등가 강도가 혼합 모드 층간분리 예측에 적용한 결과 타 해석방법에 의한 결과와 허용 가능한 차이 이내에서 일치하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, delamination behavior of carbon/epoxy laminates was studied using progressive failure analysis based on continuum damage mechanics (CDM). Thin interface material was inserted along delamination path and the propagation was modeled by the failure of the interface material employing material property degradation. As CDM-based failure prediction is known to be sensitive to finite element discretization used, this issue was first verified and two alternative strategies were employed to get correct prediction. The first approach involves technical selection of finite element size generating matching result and the second determining equivalent interface strength for a given mesh to cope with mesh dependence. Analyses were performed for mode I/II and mixed-mode configurations and predicted results were compared with those by experiment and other numerical methods for validation. From the results obtained from the first approach, it was observed that different element sizes were required to for configurations considered having no clear relationship. On the other hand, using the second approach equivalent strength determined from mode I and II was used for mixed mode delamination prediction. The later technique showed tolerable difference in the prediction and could be applied to more general problems.