This paper presents an experimental and numerical study of the effects of moisture absorption on the interlaminar shear strength of a thermoplastic composite material. The material used is APC PEKK-FC, a polyetherketoneketone matrix reinforced with continuous carbon fibres. The specimens are subjected to different moisture exposure conditions, such as thermal cycling, water bath temperature, and exposure time. The interlaminar shear strength is measured by using the short beam shear test, following the ASTM D2344 standard. The results show that moisture absorption has a positive effect on the strength of the material, as well as a ductile effect on the failure mode. The results also show that temperature and exposure time have different effects on the strength of the material. The experimental results are compared with the numerical results obtained by using a finite element model developed in Abaqus. The numerical model uses plane stress elements, cohesive elements, and spring/dashpot connectors to simulate the behaviour of the composite material under loading. The numerical results are in good agreement with the experimental results, with an error percentage of around 10%. The paper provides useful insights and data for the design and optimization of thermoplastic composite structures for aerospace and other applications.

Questo articolo presenta uno studio sperimentale e numerico degli effetti dell'assorbimento di umidità sulla resistenza al taglio interlaminare di un materiale composito termoplastico. Il materiale utilizzato è APC PEKK-FC, una matrice di polieterchetonechetone rinforzata con fibre continue di carbonio. I campioni sono soggetti a diverse condizioni di esposizione all'umidità, come ciclo termico, temperatura del bagnomaria e tempo di esposizione. La resistenza al taglio interlaminare viene misurata utilizzando la prova di taglio a trave corta, seguendo la norma ASTM D2344. I risultati mostrano che l’assorbimento di umidità ha un effetto positivo sulla resistenza del materiale, nonché un effetto duttile sulla modalità di rottura. I risultati mostrano anche che la temperatura e il tempo di esposizione hanno effetti diversi sulla resistenza del materiale. I risultati sperimentali vengono confrontati con i risultati numerici ottenuti utilizzando un modello agli elementi finiti sviluppato in Abaqus. Il modello numerico utilizza elementi di sollecitazione piana, elementi coesivi e connettori molla/dashpot per simulare il comportamento del materiale composito sotto carico. I risultati numerici sono in buon accordo con quelli sperimentali, con una percentuale di errore intorno al 10%. Il documento fornisce approfondimenti e dati utili per la progettazione e l'ottimizzazione di strutture composite termoplastiche per l'aerospaziale e altre applicazioni.

Effects of moisture absorption and thermal cycling on the interlaminar shear strength of PEKK-carbon fibre composites

Sathyamoorthy, Gabriel Seth
2022/2023

Abstract

This paper presents an experimental and numerical study of the effects of moisture absorption on the interlaminar shear strength of a thermoplastic composite material. The material used is APC PEKK-FC, a polyetherketoneketone matrix reinforced with continuous carbon fibres. The specimens are subjected to different moisture exposure conditions, such as thermal cycling, water bath temperature, and exposure time. The interlaminar shear strength is measured by using the short beam shear test, following the ASTM D2344 standard. The results show that moisture absorption has a positive effect on the strength of the material, as well as a ductile effect on the failure mode. The results also show that temperature and exposure time have different effects on the strength of the material. The experimental results are compared with the numerical results obtained by using a finite element model developed in Abaqus. The numerical model uses plane stress elements, cohesive elements, and spring/dashpot connectors to simulate the behaviour of the composite material under loading. The numerical results are in good agreement with the experimental results, with an error percentage of around 10%. The paper provides useful insights and data for the design and optimization of thermoplastic composite structures for aerospace and other applications.
CHEMELLO, ENRICO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
19-dic-2023
2022/2023
Questo articolo presenta uno studio sperimentale e numerico degli effetti dell'assorbimento di umidità sulla resistenza al taglio interlaminare di un materiale composito termoplastico. Il materiale utilizzato è APC PEKK-FC, una matrice di polieterchetonechetone rinforzata con fibre continue di carbonio. I campioni sono soggetti a diverse condizioni di esposizione all'umidità, come ciclo termico, temperatura del bagnomaria e tempo di esposizione. La resistenza al taglio interlaminare viene misurata utilizzando la prova di taglio a trave corta, seguendo la norma ASTM D2344. I risultati mostrano che l’assorbimento di umidità ha un effetto positivo sulla resistenza del materiale, nonché un effetto duttile sulla modalità di rottura. I risultati mostrano anche che la temperatura e il tempo di esposizione hanno effetti diversi sulla resistenza del materiale. I risultati sperimentali vengono confrontati con i risultati numerici ottenuti utilizzando un modello agli elementi finiti sviluppato in Abaqus. Il modello numerico utilizza elementi di sollecitazione piana, elementi coesivi e connettori molla/dashpot per simulare il comportamento del materiale composito sotto carico. I risultati numerici sono in buon accordo con quelli sperimentali, con una percentuale di errore intorno al 10%. Il documento fornisce approfondimenti e dati utili per la progettazione e l'ottimizzazione di strutture composite termoplastiche per l'aerospaziale e altre applicazioni.
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