Abstract

En este trabajo se presenta y valida numéricamente un novedoso procedimiento de extrapolación para predecir las leyes cohesivas de uniones adhesivas en modo I y II.

En primer lugar, partiendo de los métodos de reducción de datos basados en la variación de la flexibilidad recientemente propuestos para extraer las leyes cohesivas, se definen nuevas expresiones factorizadas con respecto a la carga aplicada y a los espesores de adhesivo y adherente de la flexibilidad (C0i), la Integral–J (J0i) y el desplazamiento de la punta de la grieta (Δ0i) para cada modo de fractura.

Suponiendo que todos los efectos asociados al daño se incluyen en la longitud de grieta equivalente, y de acuerdo con las expresiones polinómicas de J0i, C0i y Δ0i con respecto a la misma, se obtienen relaciones invariantes entre J0i-C0i y Δ0i-C0i para cualquier relación de espesores adhesivo-adherente de un sistema material y configuración de ensayo determinados, tanto en modo I como en modo II.

Por último, se presenta un procedimiento de extrapolación basado en las curvas calibradas J0i-C0i y Δ0i-C0i, que permite estimar las leyes cohesivas para un amplio rango de relación de espesores adhesivo-adherente de un sistema material dado procesando únicamente la curva carga-desplazamiento del ensayo.

Abstract

The fundamentals of new analytical models based on energy and coenergy of deformation are explained to analytically address asymmetric interlaminar fracture tests. After reviewing some concepts of laminated beam theory, the energy release rate as a function of coenergy is determined from a global point of view, including in an unprecedented way the contribution of hygrothermal stresses. On the other hand, after the determination of the J integral in the cohesive zone, the conditions required for the asymmetric fracture tests to occur in pure mode in linear elastic fracture are explained, based on the forces and displacements of the crack tip. Furthermore, knowing these forces and displacements, it is possible to determine the energy release rate that corresponds to each fracture mode.

Abstract

This study analyzes the delamination behavior in mode I, under static and fatigue loading, in adhesive joints on a composite material with an epoxy matrix and unidirectional carbon fiber reinforcement (CFRP). The samples were exposed in a climate chamber at 60°C and 70% relative humidity for different periods (no exposure, 1, 2, and 4 weeks). Subsequently, standardized DCB tests were performed to evaluate the effect of environmental aging on interlaminar fracture toughness and adhesive strength.

After an initial static characterization, reference parameters for fatigue tests were defined, obtaining initiation (ΔG–N) and crack growth (G–da/dN) curves. The initiation data were analyzed using a Weibull probabilistic model.

The results show a change in the epoxy adhesive behavior with exposure time, evidenced by a reduction in the fatigue limit and an increase in crack propagation rates.