Improved delamination resistance of thin-ply based laminates: an experimental and numerical study

Abstract

Departing from an emerging technology such as the spread tow thin-ply technology, in which the ply thickness can be significantly reduced, the overall purpose of this thesis is motivated by the industry need to better understand the potential benefits of thin-ply laminates in terms of delamination resistance and to propose predictive tools for their design. The first part of the thesis enhance the understanding of the damage mechanisms observed at the free-edge of thin-ply based laminate under different loading directions. The second part evaluates the capability of two current design approaches to predict the onset of free-edge delamination. Finally, a design procedure is established to search for the quasi-isotropic laminate with optimal delamination resistance under off-axis loads. The results of this thesis demonstrate the advantages of thin plies in delaying, or even suppressing the onset of damage mechanisms over standard ply laminates.

Partint d'una tecnologia emergent com la dispersió de fibres (en anglès, spread tow technology), en la qual el gruix de capa pot ser significativament reduït, la motivació per dur a terme aquesta tesi prové del desig, per part de la indústria, de comprendre millor els beneficis dels laminats de capes primes en termes de resistència a la delaminació i proposar eines de predicció per al seu disseny. La primera part d'aquesta tesi té com objectiu entendre millor els mecanismes de dany a la vora lliure d'un laminat de capes primes sotmès a diferents direccions de càrrega. La segona part consisteix en avaluar dos procediments actuals per la predicció de la delaminació per efecte de vora. Finalment, es proposa una metodologia per obtenir laminats quasi-isòtrops amb una resistència a la delaminació òptima. Els resultats d'aquesta tesi demostren els avantatges de l'ús de capes primes per retardar, o fins i tot suprimir la iniciació dels mecanismes de dany respecte els laminats de capes estàndard.