Numerical and experimental investigation on the failure of curved laminates in presence of interface defects

In the present thesis work, the failure modes of curved carbon laminates, manufactured with lamination sequences [0] and [0/90] by inserting defects of various sizes and locations inside, were investigated. Four specimens from each laminate were obtained and tested. Some preliminary numerical analyses were performed with cohesive elements to analyze their ability to adequately model what was observed experimentally, and in particular their ability to predict the strength reduction caused by the presence of defects. Four different representative specimens of real aeronautical structures were tested. Their defects and porosity in the curved part have been documented and related to the failure mode, further confirming how the presence of defects in the curved part can affect the final failure of the material. The test of curved laminates made of different materials and glued together was designed. Preliminary numerical analyses were carried out by modeling the adhesive interface with cohesive elements in which defects of various sizes were inserted in order to assess how much this would affect the failure of the laminate. Once again it has been verified how exceeding a certain size of pre-existing defect can significantly change the residual strength of the composite.

Nel presente lavoro di tesi sono state studiate le modalità di rottura dei laminati curvi in carbonio, realizzati con sequenze di laminazione [0] e [0/90] inserendo difetti di varie dimensioni e posizioni al suo interno. Da ciascun laminato sono stati ottenuti e testati quattro provini. Alcune analisi numeriche preliminari sono state eseguite con elementi coesivi per analizzare la loro capacità di modellare adeguatamente quanto osservato sperimentalmente, e in particolare la loro capacità di prevedere la riduzione della rigidezza residua causata dalla presenza di difetti. Sono stati testati quattro diversi provini rappresentativi di strutture aeronautiche reali. I loro difetti e porosità nella parte curva sono stati documentati e correlati alla modalità di rottura, confermando ulteriormente come la presenza di difetti nella parte curva possa influire sulla rottura finale del materiale. È stato progettato il test di laminati curvi realizzati con materiali diversi e incollati insieme. Sono state effettuate analisi numeriche preliminari modellando l’adesivo con elementi coesivi in cui sono stati inseriti difetti di varie dimensioni al fine di valutare quanto ciò avrebbe influito sul cedimento del laminato. Ancora una volta è stato verificato come il superamento di una certa dimensione del difetto preesistente possa modificare significativamente la resistenza residua del composito.