Experimental Verification of Numerical Calculations with the Use of Digital Image Correlation

The article presents the results of research work performed under the TEBUK project, aiming primarily to develop a reference methodology for assessing the impact of damage on the strength of structures made of carbon epoxy prepregs. The tests described in the paper were concerned with a fragment of the structure (FS) of the TEBUK project demonstrator, made of carbon epoxy composite, with an artificial circular delamination measuring 40 mm in diameter. Numerical and experimental test of FS have been performed under quasi-static compression load. The buckling of the skin observed in the delamination area, as well as the propagation of the latter were investigated. The numerical calculations have been performed with the use of the commercially available MSC Marc/Mentat calculation suite based on the Finite Elements Methods. Results of the numerical calculations have been compared with experimental measurements made with the use of the Digital Image Correlation (DIC) method. The tests performed aimed to provide a preliminary verification of the numerical model. The results obtained have shown a very good correlation between the numerical and experimental results concerned with critical load levels at which stability of the layers separated by delamination is lost (buckling). The lack of convergence of the numerical model’s results after exceeding the critical load values has rendered it impossible to unequivocally compare the results concerned with propagation of the delamination area.

Artykuł dotyczy prac badawczych realizowanych w ramach projektu TEBUK, którego głównym celem było opracowanie wzorcowej metodyki oceny wpływu uszkodzeń na wytrzymałość konstrukcji wykonanych z preimpregnatów węglowo-epoksydowych. Obiektem prezentowanych badań był fragment struktury (FS) demonstratora projektu TEBUK wykonany z kompozytu węglowo-epoksydowego ze sztucznie wprowadzoną delaminacją kołową o średnicy 40 mm. Wykonano numerycznie i eksperymentalnie badania FS w warunkach quasi-statycznego obciążenia ściskającego, w trakcie których analizowano wyboczenie pokrycia w obszarze delaminacji oraz jej propagację. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w komercyjnym pakiecie obliczeniowym MSC Marc/Mentat bazującym na metodzie elementów skończonych. Wyniki analiz numerycznych porównywano z pomiarami eksperymentalnymi zmierzonymi metodą Cyfrowej Korelacji Obrazu (CKO). Przeprowadzone badania miały za zadanie wstępną weryfikację modelu numerycznego. Uzyskane wyniki wykazały bardzo dobrą zbieżność wyników numerycznych i eksperymentalnych dotyczących obciążeń krytycznych, w których następuje utrata stateczności (wyboczenie) warstw odseparowanych delaminacją. Natomiast brak zbieżności obliczeń w modelu numerycznym po przekroczeniu obciążeń krytycznych nie pozwolił jednoznacznie porównać wyników dotyczących propagacji delaminacji.