Numerical analysis of the influence of fiber distribution on damage initiation in CFRP

• Miguel Marco ^[1] ; Eugenio Giner ^[2] ; Mª Henar Miguélez ^[1] ; David González ^[3]
  1. [1] Universidad Carlos III de Madrid

     Universidad Carlos III de Madrid

     Madrid, España

     
  2. [2] Universidad Politécnica de Valencia

     Universidad Politécnica de Valencia

     Valencia, España

     
  3. [3] University of Strathclyde

     University of Strathclyde

     Reino Unido

     

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• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 2, 2021, págs. 181-186
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    El comportamiento mecánico de los materiales compuestos depende en gran medida de la distribución geométrica de sus fibras. El análisis del daño que aparece en la interfase matriz-fibra y su relación con la distribución de las fibras puede ayudar a mejorar el rendimiento de estos componentes.

    En este trabajo, se han desarrollado modelos numéricos 2D de material compuesto reforzado con fibras longitudinales.

    Se han aplicado condiciones de contorno periódicas para analizar el inicio del daño en la interfase matriz-fibra y establecer una relación con la distribución aleatoria de las fibras. También se ha considerado el efecto del enfriamiento desde la temperatura de fabricación. El análisis de resultados se ha llevado a cabo tanto de una manera global como a nivel local para fibras individuales, analizando las tensiones en la interfase.

    Como era de esperar, la distribución aleatoria de fibras tiene un gran efecto sobre el inicio del daño en la interfase. Se han establecido relaciones entre las tensiones normales y de cortadura con el nivel de aleatoriedad de las distribuciones. Se ha comprobado que una menor distancia entre fibras cercanas aumenta el daño en la interfase. La distribución geométrica también afecta a las direcciones en las que aparecen los valores máximos de tensiones.

  • English

    The mechanical behaviour of composite materials is strongly dependent on the microstructure and fiber distribution. The analysis of the stresses and damage in fiber interfaces and its relationship to the geometrical distribution of the fibers can provide an estimation of the mechanical performance of the composite component.

    This work focuses on the development of 2D numerical models of composite material reinforced by longitudinal fibers, making use of periodic boundary conditions. The damage initiation at fiber interfaces is related to the randomness of the distribution. The cooling effect due to temperature variation during the manufacturing process is also accounted for. These analyses have been carried out both as damaged interfaces in the whole structure and for individual fibers, studying the stresses induced at the interface.

    As expected, a strong effect of the randomness of the fiber arrangement on the damage initiation has been found. Normal and shear stresses in the fiber interfaces have been analysed and related to the geometric distribution randomness. It is found that the distance between neighbouring fibers affects the normal and shear stress at the interface. The geometrical distribution around individual fibers also affects the directions where maximum shear and normal stresses appear.