Fatigue behaviour of quasi-isotropic carbon-carbon hybrid laminates

Composite materials represent one of the advances in the materials industry with the ability to replace metals in many applications while exhibiting excellent properties. Among many composite materials, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites are well known for possessing high stiffness and strength with lightweight properties. They are, however, limited by linear elasticity and the sudden, brittle failure that they often manifest without warning. It is possible to mitigate this inherent limitation and expand the design space by using hybrid laminates. The thesis discusses the fatigue behavior of a quasi-isotropic hybrid carbon-carbon laminate with [0/±45/90] s stacking sequence. The laminate is made by combining a low strain and a high strain carbon fiber. Hybrid laminate has pseudo-ductile tensile behavior. The samples were tested up to a maximum of 1 million cycles or to failure under deformation control, using 8 different levels of deformation. The results are compared based on the maximum and minimum force in the cycle and the maximum and minimum displacement in the cycle versus the number of cycles. Furthermore, some damage mechanisms were observed during the experimental tests.

I materiali compositi rappresentano il uno dei progressi nel settore dei materiali con la capacità di sostituire i metalli in molte applicazioni esibendo proprietà eccellenti. Tra molti materiali compositi i compositi polimerici rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) sono ben noti per possedere elevata rigidità e resistenza con proprietà di leggerezza. Sono, tuttavia, limitati dall'elasticità lineare e dal cedimento improvviso e fragile che spesso manifestano senza preavviso. E’ possibile mitigare questa limitazione intrinseca e ampliare lo spazio di progettazione utilizzando laminati ibridi. La tesi discute il comportamento a fatica di un laminato quasi isotropo ibrido carbonio-carboniocon sequenza di impilamento [0/±45/90] s. Il laminato è realizato mediante la combinazione di una fibra di carbonio a bassa deformazione e una ad alta deformazione. Il laminaro ibrido ha un comportamento pseudo-duttile a trazione. I campioni sono stati testati fino ad massimo di 1 milione di cicli o fino a ruttura in controllo di deformazione, utilizzando 8 diversi livelli di deformazione. I risultati sono stati confrontati in base alla forza massima e minima nel ciclo ed allo spostamento massimo e minimo nel ciclo rispetto al numero di cicli. Inoltre alcuni meccanismi di danno sono stati osservati durante le prove sperimentali.