Original Article
  • Progressive Damage and Failure Analysis of Open-Hole Composite Specimens Under Compressive Loading Using Finite Element Analysis

  • Young Cheol Kim*, Geunsu Joo*, Hong-Kyu Jang*†, Jinbong Kim*, Min-Gyu Kang*, Woo-Kyoung Lee*, Ji Hoon Kim**†

  • * Department of Composite Structure & System, Korea Institute of Materials Science
    ** Department of Mechanical Engineering, Pusan National Universit

  • 유한요소해석을 이용한 압축 하중을 받는 오픈 홀 복합재 시편의 점진적 손상 및 파손 분석

  • 김영철*· 주근수*· 장홍규*†· 김진봉*· 강민규*· 이우경*· 김지훈**†

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Abstract

In this paper, a Progressive Damage and Failure Analysis (PDFA) modeling method was developed using ABAQUS/EXPLICIT to predict in-plane damage and delamination for Open-Hole Compression (OHC) testing. The proposed PDFA model was constructed based on Hashin criteria and cohesive behavior. The strength and stiffness of OHC specimens with three types of stacking sequences [(45/-45/02)3]s, [(45/0/-45/90)3]s and [45/-45/0/45/-45/90/(45/-45)2]s were compared to comprehensively evaluate the validity of the Finite Element(FE) model of PDFA. The strength and stiffness of the OHC specimens were predicted relatively well, with less than a percentage error 10.0 %. For the numerical simulation case for each layup, the damage initiation/evolution of OHC specimens were evaluated for delamination and tension/compression matrix damage before and after failure


본 논문에서는 압축 하중을 받는 오픈 홀(open-hole compression) 탄소섬유 복합재(carbon fiber reinforced plastic, CFRP) 시편의 평면 내 손상(in-plane damage) 및 층간 분리(delamination)를 예측하기 위한 모델링 방법을 제안하고 유한요소해석(finite element analysis)을 수행하였다. 유한요소모델은 오픈 홀 복합재 시편의 점진적 손상 및 파손 분석(progressive damage and failure analysis)을 위해 Hashin 파손 기준(hashin failure criteria)과 표면 기반 응집 거동(cohesive behavior) 모델을 기반으로 구성되었으며 ABAQUS/EXPLICIT Solver를 활용하여 해석을 수행하였다. 유한요소해석의 타당성을 종합적으로 평가하기 위해 세 가지 유형의 적층 패턴(stacking sequences)을 가지는 오픈 홀 압축 복합재 시편에 대한 시험 결과와 비교하였다. 오픈 홀 압축 시편의 강도와 강성은 백분율 오차(percentage error) 10.0 % 미만으로 비교적 잘 예측하였으며 오픈 홀 복합재 적층판의 인장/압축 매트릭스 손상 상태 및 원공(hole) 근처의 복합재 계면 층간 분리에 대한 손상 상태를 추출하여 평가하고 분석하였다


Keywords: 복합재료(Composite materials), 오픈 홀 압축(Open-Hole compression), 유한요소해석(Finite element method), 점진적 손상 및 파손 분석(Progressive damage and failure analysis), 층간 분리(Delamination)

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Correspondence to

  • Hong-Kyu Jang*, Ji Hoon Kim**

  • * Department of Composite Structure & System, Korea Institute of Materials Science
    ** Department of Mechanical Engineering, Pusan National Universit

  • E-mail: hongkyu@kims.re.kr, kimjh@pusan.ac.kr