Development and experimental verification of an advanced 3D elastoplastic progressive damage model for composite materials
Source abstract
Abstract
This study develops a sophisticated three-dimensional elastoplastic progressive damage finite element analysis (FEA) model for stiffened composite materials under axial compression. The model integrates the Hashin and Ye criteria to capture the inception of damage within the composite and introduces a cohesive zone model (CZM) to simulate debonding between stiffeners and panels. Furthermore, damage evolution based on energy release rate and plastic flow rules grounded in Hill’s criteria are employed to thoroughly explore the progressive failure behavior of stiffened composite materials. Implemented within Abaqus/Explicit through user-defined ‘VUMAT’ subroutines, the model ensures computational accuracy and reliability. Comparative evaluations against standard linear elastic progressive damage models demonstrate a statistically significant improvement of at least 5% in predicting ultimate load capacities. Additionally, this model accurately captures different failure modes, providing a nuanced understanding of stiffened composite material failure under compressive loads.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Mechanical Behavior of Composites · Structural Response to Dynamic Loads · Structural Behavior of Reinforced Concrete
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Shanghai Jiao Tong University
References (94)
Show source-provided references
1. 10.1201/978149871106710.1201/9781498711067 ↗
2. Vasiliev VV, Morozov EV. Advanced mechanics of composite materials and structures. 4th ed. Amsterdam, Netherlands: Elsevier; 2018.
3. 10.1016/j.compstruct.2012.03.03910.1016/j.compstruct.2012.03.039 ↗
4. 10.1016/j.compositesa.2014.02.01310.1016/j.compositesa.2014.02.013 ↗
5. 10.1016/j.compstruct.2018.09.09310.1016/j.compstruct.2018.09.093 ↗
6. 10.1016/j.matdes.2010.03.03110.1016/j.matdes.2010.03.031 ↗
7. 10.1016/1359-835X(96)00074-710.1016/1359-835X(96)00074-7 ↗
8. 10.1016/j.compstruct.2017.04.01710.1016/j.compstruct.2017.04.017 ↗
9. 10.1016/j.compstruct.2011.08.01510.1016/j.compstruct.2011.08.015 ↗
10. 10.1115/1.315366410.1115/1.3153664 ↗
11. 10.1016/j.compstruct.2012.07.01610.1016/j.compstruct.2012.07.016 ↗
12. 10.2514/6.2003-199110.2514/6.2003-1991 ↗
13. 10.1177/002199830504645210.1177/0021998305046452 ↗
14. 10.1016/B978-008044475-8/50014-710.1016/B978-008044475-8/50014-7 ↗
15. 10.1016/j.mechmat.2007.03.00510.1016/j.mechmat.2007.03.005 ↗
16. 10.1177/002199831245447810.1177/0021998312454478 ↗
17. 10.1016/j.compositesa.2005.04.01610.1016/j.compositesa.2005.04.016 ↗
18. 10.1016/S0266-3538(01)00208-110.1016/S0266-3538(01)00208-1 ↗
19. Sun C, Tao J. Prediction of failure envelopes and stress/strain behavior of composite laminates. In: Fail Criteria Fibre-Reinf-Polym Compos. Amsterdam: Elsevier; 2004. p. 316–333.
20. 10.1177/00219983710050010610.1177/002199837100500106 ↗
21. 10.1177/00219983910250010410.1177/002199839102500104 ↗
22. 10.1016/j.compositesb.2012.10.02610.1016/j.compositesb.2012.10.026 ↗
23. 10.1016/j.compositesa.2021.10630010.1016/j.compositesa.2021.106300 ↗
24. 10.1016/j.compositesa.2007.01.01710.1016/j.compositesa.2007.01.017 ↗
25. 10.1098/rspa.1985.005510.1098/rspa.1985.0055 ↗
26. 10.1016/j.mechmat.2007.03.00610.1016/j.mechmat.2007.03.006 ↗
27. 10.1016/j.compositesa.2019.10551310.1016/j.compositesa.2019.105513 ↗
28. 10.1016/j.compstruct.2012.07.00210.1016/j.compstruct.2012.07.002 ↗
29. 10.1016/j.engfracmech.2023.10968110.1016/j.engfracmech.2023.109681 ↗
30. 10.1016/S0020-7403(96)00061-610.1016/S0020-7403(96)00061-6 ↗
31. 10.1081/AMP-20003517710.1081/AMP-200035177 ↗
32. 10.1016/j.compstruct.2014.12.02210.1016/j.compstruct.2014.12.022 ↗
33. 10.1016/j.compstruct.2011.08.03110.1016/j.compstruct.2011.08.031 ↗
34. 10.3390/polym1414294610.3390/polym14142946 ↗
35. 10.1016/j.compstruct.2023.11762310.1016/j.compstruct.2023.117623 ↗
36. 10.1016/j.compstruct.2017.12.04810.1016/j.compstruct.2017.12.048 ↗
37. 10.3390/app1302115510.3390/app13021155 ↗
38. 10.1186/s10033-018-0250-510.1186/s10033-018-0250-5 ↗
39. 10.1016/j.commatsci.2010.09.00810.1016/j.commatsci.2010.09.008 ↗
40. 10.2991/mems.2012.1910.2991/mems.2012.19 ↗
41. 10.1016/j.compositesb.2020.10793110.1016/j.compositesb.2020.107931 ↗
42. 10.1177/105678951350412310.1177/1056789513504123 ↗
43. 10.1016/j.compscitech.2018.12.00310.1016/j.compscitech.2018.12.003 ↗
44. 10.1016/j.compstruct.2017.06.03110.1016/j.compstruct.2017.06.031 ↗
45. 10.1002/pc.2449110.1002/pc.24491 ↗
46. 10.1016/j.coco.2018.02.00210.1016/j.coco.2018.02.002 ↗
47. 10.1016/j.compositesa.2022.10719810.1016/j.compositesa.2022.107198 ↗
48. 10.1016/j.compositesa.2023.10780410.1016/j.compositesa.2023.107804 ↗
49. 10.1016/j.compositesa.2019.10573610.1016/j.compositesa.2019.105736 ↗
50. 10.3390/fib501001210.3390/fib5010012 ↗
51. 10.1016/j.compstruct.2012.04.02110.1016/j.compstruct.2012.04.021 ↗
52. 10.1016/j.compscitech.2018.01.02710.1016/j.compscitech.2018.01.027 ↗
53. 10.1016/j.tws.2023.11089610.1016/j.tws.2023.110896 ↗
54. 10.1016/j.tws.2020.10682810.1016/j.tws.2020.106828 ↗
55. 10.1016/j.compositesb.2020.10838910.1016/j.compositesb.2020.108389 ↗
56. 10.1016/j.compositesa.2022.10690910.1016/j.compositesa.2022.106909 ↗
57. 10.1016/j.compstruct.2017.11.07910.1016/j.compstruct.2017.11.079 ↗
58. 10.1177/002199831987520910.1177/0021998319875209 ↗
59. 10.1016/j.compstruct.2015.06.06110.1016/j.compstruct.2015.06.061 ↗
60. 10.1016/j.tws.2022.11029510.1016/j.tws.2022.110295 ↗
61. 10.1016/j.tws.2021.10812210.1016/j.tws.2021.108122 ↗
62. 10.1016/j.compstruct.2011.12.01310.1016/j.compstruct.2011.12.013 ↗
63. 10.1016/j.compstruct.2018.07.03810.1016/j.compstruct.2018.07.038 ↗
64. 10.1016/0266-3538(88)90043-710.1016/0266-3538(88)90043-7 ↗
65. 10.1177/002199830303450510.1177/0021998303034505 ↗
66. 10.1016/j.mechmat.2005.10.00310.1016/j.mechmat.2005.10.003 ↗
67. 10.1007/s10704-005-4729-610.1007/s10704-005-4729-6 ↗
68. 10.1177/00219983970310080310.1177/002199839703100803 ↗
69. 10.1016/S0266-3538(97)00183-810.1016/S0266-3538(97)00183-8 ↗
70. 10.1016/j.compscitech.2006.03.02410.1016/j.compscitech.2006.03.024 ↗
71. 10.1177/00219983890230100410.1177/002199838902301004 ↗
72. 10.1016/j.compstruct.2015.04.07010.1016/j.compstruct.2015.04.070 ↗
73. 10.1177/1099636222111504910.1177/10996362221115049 ↗
74. 10.1155/2022/304731910.1155/2022/3047319 ↗
75. 10.1016/0022-5096(65)90010-410.1016/0022-5096(65)90010-4 ↗
76. 10.1177/00219983730070040410.1177/002199837300700404 ↗
77. 10.1115/1.301382210.1115/1.3013822 ↗
78. 10.1016/j.compositesa.2022.10705410.1016/j.compositesa.2022.107054 ↗
79. 10.1016/j.compstruct.2019.11111310.1016/j.compstruct.2019.111113 ↗
80. 10.1016/j.mtcomm.2022.10368510.1016/j.mtcomm.2022.103685 ↗
81. Jin Z, Huang Y, Dong Y, et al. Failure analysis of short-column composite stiffened panel under compressive load. Chin Q Mech. 2021;42:54–66.
82. 10.1016/0167-6636(90)90022-810.1016/0167-6636(90)90022-8 ↗
83. 10.1177/00219983910250100210.1177/002199839102501002 ↗
84. 10.1177/00219983910250100310.1177/002199839102501003 ↗
85. 10.1016/j.compscitech.2004.12.02410.1016/j.compscitech.2004.12.024 ↗
86. 10.1016/S0013-7944(03)00122-X10.1016/S0013-7944(03)00122-X ↗
87. 10.1016/j.ijadhadh.2009.10.00510.1016/j.ijadhadh.2009.10.005 ↗
88. 10.1016/j.compstruct.2010.01.01210.1016/j.compstruct.2010.01.012 ↗
89. 10.1016/j.engfracmech.2006.08.02510.1016/j.engfracmech.2006.08.025 ↗
90. 10.1177/00219983880220120510.1177/002199838802201205 ↗
91. 10.1177/002199830303450510.1177/0021998303034505 ↗
92. 10.1016/j.compositesa.2012.07.00910.1016/j.compositesa.2012.07.009 ↗
93. 10.1016/0266-3538(96)00005-X10.1016/0266-3538(96)00005-X ↗
94. Barbero EJ. Introduction to composite materials design. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press; 2017. p. 570.