Investigation of failure in fiber-reinforced polymer and application to hybrid and Double-Double composites

This PhD thesis delves into the investigation of damage and failure in fiber-reinforced polymers, specifically focusing on inter-ply hybrid composites and Double-Double composites. The research employs a comprehensive approach, combining experimental tests and numerical simulations to explore diverse loading conditions, including impacts, compression-induced buckling, and blast loading. The study underscores the motivation and scope of the research, emphasizing the significance of understanding damage mechanisms in composite materials for various applications, such as aerospace and defense fields. The thesis explores the challenges posed by impacts on hybrid composites and introduces novel stacking sequences like Double-Double composites. The objectives involve studying composite damage and failure, by testing and developing reliable numerical simulations; studying hybridization effects, exploring low-velocity impacts, and assessing the behavior of Double-Double composites under compression loading. The contributions include experimental investigations, and numerical simulations, aimed at advancing the understanding and design of reliable composite structures. The results offer valuable insights for designing reliable composite structures, emphasizing the potential of hybrid composites for enhancing energy absorption and load-bearing capability, and Double-Double composites for improving damage tolerance.

Questa tesi di dottorato si concentra sull'indagine dei danni e della rottura nei polimeri rinforzati con fibre, concentrandosi specificamente sui compositi ibridi "inter-ply" e sui compositi Double-Double. La ricerca combina test sperimentali e simulazioni numeriche per esplorare diverse condizioni di carico, tra cui impatti, "buckling" indotto da compressione e carichi da esplosione. Lo studio sottolinea la motivazione e l'ambito della ricerca, enfatizzando l'importanza di comprendere i meccanismi di danneggiamento nei materiali compositi per varie applicazioni, come settori aerospaziali e della difesa. La tesi esplora le sfide poste dagli impatti sui compositi ibridi e introduce sequenze di laminazione innovative come i compositi Double-Double. Gli obiettivi includono lo studio dei danni e del fallimento dei compositi, attraverso test e lo sviluppo di simulazioni numeriche affidabili; lo studio degli effetti dell'ibridazione, l'esplorazione degli impatti a bassa velocità e la valutazione del comportamento dei compositi Double-Double sotto carico di compressione. I contributi includono indagini sperimentali e simulazioni numeriche, mirate a migliorare la comprensione e il design di strutture composite affidabili. I risultati offrono preziose informazioni per progettare strutture composite affidabili, sottolineando il potenziale dei compositi ibridi per migliorare l'assorbimento di energia e la capacità di sopportare carichi, e dei compositi Double-Double per migliorare la tolleranza al danneggiamento.