Proper tensile testing of unidirectional fibre reinforced composites

The use of carbon fibre-reinforced composites has been growing exponentially in the past few decades. They offer excellent mechanical properties in combination with a low density, making them an ideal solution for many lightweight applications. Failure predictions for a fibre-reinforced composite with unidirectional plies can only be relied upon provided the stress state is accurately known. This requires a prediction of the constitutive response to be made when the material is loaded. Tensile tests are a basic characterization method for composite material, but the specimens do not fail properly. Obtaining reliable results in tensile testing requires avoiding stress concentration near the grips. The material near the tabbed section is under longitudinal, transverse and shear loading which will lead to underestimate the results. The standard test method for tensile testing proposed some strategies for reducing these effects. However, failure near the grips is more likely to happen. The stress concentrations underneath the tabbed region depend on the stress distribution on the specimen surface. There are some important parameters to be consider which can affect the stress concentrations, they are tab materials, tab geometry, etc. The present work focuses 3on the variability of these parameters and selecting the best design suitable for the tensile testing of composite materials.

L'uso di materiali compositi rinforzati con fibra di carbonio è cresciuto esponenzialmente negli ultimi decenni. Offrono eccellenti proprietà meccaniche in combinazione con una bassa densità, rendendole una soluzione ideale per molte applicazioni leggere. Le previsioni della rottura di un composito rinforzato con fibre con strati unidirezionali possono essere ottenute solo a condizione che lo stato di stress sia noto con precisione. Ciò richiede una previsione della risposta costitutiva. Le prove di trazione sono un metodo di caratterizzazione di base per materiali compositi, ma spesso la rottura non aviene in modo corretto. Per ottenere risultati affidabili nelle prove di trazione è necessario evitare la concentrazione di sollecitazioni vicino agli afferraggi. Il materiale vicino all’afferraggio è sollecitato con sforzi longitudinali, transversi e di taglio che porterà a sottovalutare gli sforzi di rottura. Ci sono alcuni parametri importanti da considerare che possono influenzare le concentrazioni di sollecitazione, per esempio i materiali e la geometria dei talloni. Il presente lavoro si concentra sulla variabilità di questi parametri e sulla selezione del miglior design per le prove di trazione dei materiali compositi unidirezionali.