Development of efficient testing methods and cohesive zone models for analyzing fatigue-driven delamination in 3D laminated composite structures

Abstract

The overall purpose of this Ph.D. thesis is to contribute to the reliable design of composite structures subjected to fatigue-driven delamination. The aim is motivated by a wish to reduce the amount of experimental testing needed in the dimensioning of real components and to anticipate the mechanical response of layered structures undergoing fatigue delamination. In order to extend the general applicability of the existing methods, experimental data of 3D delamination propagation has been generated, as well as an efficient identification of the crack propagation direction and an accurate means of calculating the energy release rate in three-dimensional structures have been developed. Moreover, a benchmark test for fatigue-driven 3D crack growth has been used for model validation, and a full characterization, at the coupon level, of the interlaminar properties of the demonstrator material has been performed. The developed fatigue method provides accurate predictions for the fatigue benchmark tests

L’objectiu general d’aquesta tesi doctoral és contribuir al disseny fiable d’estructures de materials compòsits en capes sotmeses a delaminació provocada per la fatiga. Per una banda, es pretén reduir la quantitat de proves experimentals necessàries en el procés de disseny de components i, per l’altra, anticipar la resposta mecánica de les estructures que pateixen delaminació a fatiga. Per tal d’ampliar l’aplicabilitat dels mètodes existents, s’han generat dades experimentals de propagació de la delaminació en 3D, un mètode eficaç d’identificació de la direcció de propagació d’esquerda i un mitjà precís de calcular l’energia disponible per a la fractura en estructures tridimensionals. A més, s’ha dut a terme una campanya experimental de l’assaig validador i s’ha realitzat una caracterització completa de les propietats interlaminars del material validador a nivell de proveta. El mètode de fatiga desenvolupat proporciona prediccions precises per als assajos de referència