Advanced formulations of cohesive zone models for delamination propagation in complex load scenario and fatigue loading

Cohesive zone models are becoming the primary engineering tool to simulate the delamination problem in composite laminates. Delamination can be triggered by two types of loads: static and fatigue. Cohesive zone models to simulate delamination due to static loading have been intensively developed in the past years. The model considered in this work is the one developed at Politecnico di Milano which overcome the issue related to classical cohesive elements by including the damage model into finite thickness elements. Cohesive zone models to simulate delamination due to fatigue loading have been introduced only recently to classical cohesive elements. A procedure to include fatigue effect into finite thickness elements is proposed. The cohesive model for both static and fatigue conditions is implemented as a VUMAT subroutine to be used with Abaqus/Explicit. The effectiveness of this modelling techniques is proved by correlation between experimental data and numerical results, showing the ability of reproduce crack path advancement in complex load scenario and and crack advancement rate in case of fatigue loading condition.

I modelli coesivi stanno diventando sempre più una risorsa fondamentale e affidabile per simulare il fenomeno della delaminazione. Questa può essere causata da due tipologie di carico: statico e a fatica. I modelli coesivi per simulare la delaminazione dovuta a carichi statici sono stati intensamente sviluppati negli ultimi anni. In questo lavoro di tesi, il modello considerato è quello sviluppato al Politecnico di Milano ed è in grado di risolvere i problemi associati agli elementi coesivi classici, includendo la modellazione del danno in elementi di spessore finito. I modelli coesivi per simulare il fenomeno della fatica sono stati sviluppati solo recentemente e adattati a elementi coesivi classici con spessore infinitesimo. Si propone una procedura per includere il modello a fatica in elementi di spessore finito. Entrambi i modelli coesivi sono sviluppati in una VUMAT da collegare ad Abaqus/Explicit. L'efficacia di questa tecnica di modellazione è verificata attraverso la correlazione sperimentale-numerica, mostrando l'abilità di riprodurre il percorso della cricca in caso di carichi statici complessi e riprodurre il suo rateo di avanzamento nel caso di carico a fatica.