Modelling of transverse matrix cracking in carbon-carbon composites

As C-C Composite are used extensively in aerospace and more recently in automotive applications, there is a need to understand the damage mechanisms of composites to be able to design it. This is merely conceivable by developing precise computational models, which saves time, material, and energy. In general, the predominant damage modes observed in composites are the formation and growth of intralaminar matrix cracks in off-axis plies and delamination. So, one of computational technique is the hybrid/bi-phasic modelling technique which is developed in Politecnico di Milano and allows us to predict transverse matrix cracking, delaminations. Given the aforementioned context, the present study aimed to develop the modeling of matrix cracking in C-C composite laminates under tensile loading is carried out. To do so, an hybrid-biphasic modelling technique is used in the Abaqus/Explicit finite element method for modelling matrix crack across the thickness of the transverse plies. The results illustrates that despite different assumptions behind the hybrid-biphasic modelling technique applied to C-C composites, It successfully predicts a near identical strain localization and damage evolution in 900 ply, and adequately represent the load transfer mechanism between 00-900 layers of cross-ply laminates as the material response for different toughness. Moreover, the analysis carried out with different values of shape parameters ‘n’ in one case and with different toughness (by varying εpsf) in other case which provides the understanding of intra-laminar damage effects in C-C composites.

Come C-C Composite sono ampiamente utilizzati nel settore aerospaziale e più recentemente in applicazioni automobilistiche, vi è la necessità di comprendere i meccanismi di danno dei compositi per poter progettare. Questo è semplicemente concepibile attraverso lo sviluppo di modelli computazionali precisi, che consente di risparmiare tempo, materiale ed energia. In generale, le modalità di danno predominanti osservate in compositi sono la formazione e la crescita di cricche matrice intralaminari a strati fuori asse e delaminazione. Quindi, una delle tecniche di calcolo è il / tecnica di modellazione bi-fasico ibrido che si sviluppa al Politecnico di Milano e ci permette di prevedere matrice trasversale cracking, delaminazioni. Dato il contesto di cui sopra, il presente studio ha lo scopo di sviluppare la modellazione della matrice di fessurazione in C-C laminati compositi sotto carico di trazione viene effettuata. Per fare ciò, una tecnica di modellazione ibrida-bifasica viene utilizzato nel / metodo degli elementi finiti Abaqus esplicita per matrice modellazione crepa attraverso lo spessore degli strati trasversali. I risultati illustrano che, nonostante diverse ipotesi alla base della tecnica di modellazione ibrida-bifasico applicata ai compositi CC, predice con successo un vicino di localizzazione ceppo identico e l'evoluzione danni a 900 strati, e adeguatamente rappresentano il meccanismo di trasferimento di carico tra 00-900 strati di tele incrociate laminati come la risposta del materiale per differente durezza. Inoltre, l'analisi effettuata con diversi valori di parametri di forma 'n' in un caso e con diversa durezza (variando εpsf) in altri casi che fornisce la comprensione di intra-laminari effetti di danno in C-C compositi.