Improved Damage Tolerance of Composites by Promoting Multiple Delaminations - Quasi-Static Loading
Translated title
Forbedret Skadetolerance af Kompositter ved at Fremprovokere Multiple Delamineringer - Kvasi-Statisk Belastning
Authors
Bjerg, Rasmus Lohmann ; Larsen, Lasse Højmark ; Andersen, Jonas Kyneb Wulff
Term
4. term
Education
Publication year
2022
Submitted on
2022-06-02
Abstract
Dette speciale undersøger, om skadetolerancen i fiberkompositter under kvasi-statisk belastning kan forbedres ved bevidst at fremprovokere multiple delamineringer gennem lokalt forstærkende eller svækkende interlaminære patches. Arbejdet omfatter en litteraturgennemgang af metoder til at ændre sammenhængen mellem lag i laminater, udvikling og implementering af fire bue-længde løsere i et finit element-rammeværk til at håndtere den ikke-lineære opførsel ved delaminering (to geometrisk baserede og to energidissipationsbaserede), samt validering mod en flytningskontrolleret løsning, hvoraf én løser viste begrænset robusthed. Et parameterstudie af patch-egenskaber og placering i Double Cantilever Beam (DCB) emner dannede grundlag for fremstilling af prøver med fire forskellige patches: to interleaving-måder med mikrofibermåtter, en syningsmetode (gennemtykkelsesforstærkning) og en svækkende patch bestående af en tynd PTFE-film. De eksperimentelle forsøg viser, at den svækkende patch kan fremprovokere multiple delamineringer og øge sejheden/brudmodstanden med cirka 50 %, mens det ikke lykkedes at opnå multiple delamineringer med de forstærkende patches. Resultaterne peger på, at kontrolleret svækkelse af interlaminære zoner kan være en effektiv strategi til at øge skadetolerance i kompositter, mens de undersøgte forstærkningsteknikker ikke gav den ønskede effekt i denne konfiguration.
This thesis investigates whether the damage tolerance of fiber-reinforced composites under quasi-static loading can be improved by deliberately promoting multiple delaminations through locally toughening or weakening interlaminar patches. The work comprises a review of state-of-the-art methods for modifying laminate interfaces, the development and implementation of four arc-length solvers within a finite element framework to capture the nonlinear behavior of delamination (two geometric and two energy-dissipation-based approaches), and validation against a displacement-controlled solution, noting limited robustness for one solver. A parameter study on patch properties and placement in Double Cantilever Beam (DCB) specimens guided the fabrication of test coupons incorporating four patch concepts: two interleaving methods using microfiber mats, a stitching (through-thickness reinforcement) approach, and a weakening patch using a thin PTFE film. Experimental results show that the weakening patch successfully triggers multiple delaminations and increases toughness/fracture resistance by approximately 50%, whereas the toughening patches did not produce multiple delaminations. These findings indicate that targeted weakening of interlaminar regions can effectively enhance damage tolerance in composites, while the investigated toughening techniques did not yield the desired effect in this configuration.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents