Experimental and numerical investigation of the interaction between intralaminar and interlaminar damages

The current thesis is mainly focused on the assessment of the interaction between interlaminar and intralaminar damages in carbon fiber-reinforced 90° curved laminates. Numerical analyses in the linear field and experimental tests under tensile loading are carried out considering two different stacking sequences, namely [0] and [0_2/90_2]_sym. The main reason for such choice is the investigation of the effects of the lay-up orientation on the material response, and thereby the involved damage mechanisms that lead to the final failure of the component. Before testing the manufactured specimens, preliminary analyses are performed in order to predict the possible failure modes analyzing the obtained stress contours. In this phase, the effects related to the cool-down to the ambient temperature are also investigated for a better prediction of the possible damages. Thus, different simulations are taken into account throughout this thesis: preliminary cooling analyses for the evaluation of the locked residual stresses, one-step analyses including only the tensile loading, and finally multi-step simulations combining the effects of the previous. The tensile tests are performed on three specimens for each stacking sequence to be able to accurately characterize their response. Afterward, they are analyzed under the microscope to assess the occurred damages, and thereby the potential interactions.

Questo lavoro di tesi si concentra principalmente sulla valutazione dell’interazione tra danni interlaminari e intralaminari in laminati curvi di 90° rinforzati con fibra di carbonio. Le analisi numeriche nel campo lineare e le prove sperimentali sotto carico di trazione sono eseguite considerando due diverse sequenze di lay-up, [0] e [0_2/90_2]_sym. Il motivo principale di tale scelta è lo studio degli effetti dell’orientamento delle lamine sulla risposta del materiale e quindi sui meccanismi di danno coinvolti. Prima di testare i provini realizzati per l’attività sperimentale, sono state eseguite analisi preliminari al fine di prevedere le possibili modalità di fallimento analizzando i contorni degli sforzi ottenuti. In questa fase vengono studiati anche gli effetti del raffreddamento nel raggiungimento della temperatura ambiente per una migliore previsione dei possibili danni. Pertanto, nel corso di questa tesi vengono prese in considerazione diverse tipologie di simulazione: analisi preliminari del raffreddamento per la valutazione degli sforzi residui, analisi in uno step che includono solo il carico di trazione, e infine simulazioni in più step che combinano gli effetti delle precedenti. Le prove di trazione vengono eseguite su tre campioni per ciascuna sequenza di lay-up per poter caratterizzare accuratamente la loro risposta. Successivamente, vengono analizzati al microscopio per valutare i danni occorsi e quindi le potenziali interazioni.