Interlaminar shear strength testing of non-unidirectionally reinforced composites

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kanerva, Mikko
dc.contributor.author Posio, Juho
dc.date.accessioned 2016-05-26T07:24:36Z
dc.date.available 2016-05-26T07:24:36Z
dc.date.issued 2016-05-16
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20538
dc.description.abstract One of the most detrimental failure types in composite materials is delamination, a fracture that starts to propagate between the individual fibre-reinforced layers of the composite. Delamination can be caused by different forces but in this thesis the focus point is in delamination caused by interlaminar shear. Interlaminar shear strength, ILSS, is a value that is often used for comparing different composite materials to each other and basically tells how well the composite can resist interlaminar shear forces before breaking. This thesis primarily focuses on experimental testing of non-unidirectionally reinforced laminates in order to find out their interlaminar shear strenght. The testing is done by three point bending according to standard ASTM D2344 that defines the rules for the ILSS testing. Two main types of test specimens are tested: aramid and glass-fibre-reinforced specimens. The glass-fibre-reinforced laminates have two lay-ups, which are being compared to find out how the ILSS behaviour changes with different lay-up. To determine the stresses in different parts of the composite specimen during bending in detail, finite element models of the glass-fibre-reinforced laminates with both lay-ups were created. Based on the experimental results, the delaminations happened often at the lower interface of the laminates, where the fibre direction changed. This was confirmed with the simulations, which showed peak stresses at the interface. The wet testing conditions and the elevated temperature during testing both had a negative effect on the ILSS values as well as the behaviour of the laminates during ILSStesting. Ageing in a water-sulphuric-acid immersion decreased the average ILSS values but did not affect the ILSS behaviour and the specimens delaminated in an interlaminar way. Simulated critical shear stresses were 14-24% lower than the values based on the ASTM standard. The simulated pure lay-up-induced decrease in shear stress between the two laminates was 34-58% (depending on the free-edge-effects), which is higher than suggested by the experiments (21-26%). en
dc.description.abstract Yksi tyypillisimmistä vauriomuodoista komposiittirakenteissa on delaminaatio, murtuma, joka saa alkunsa yksittäisten kuitulujitettujen kerrosten välissä, kun kerrokset irtoavat toisistaan. Delaminaatio voi aiheutua monesta tekijästä, mutta tässä diplomityössä pääpaino on delaminaatiolla, joka saa alkunsa kerrostenvälisestä leikkausvoimasta. Kerrostenvälinen leikkauslujuus (ILSS) on arvo, jota käytetään usein, kun halutaan vertailla erilaisia komposiitteja toisiinsa ja se käytännössä kertoo, kuinka hyvin komposiitti kykenee vastustamaan kerrostenvälistä leikkausvoimaa, ennen kuin se murtuu. Tämä diplomityö keskittyy ensisijaisesti ILSS-arvojen mittaamiseen sellaisilla laminaateilla, joissa kuitukerrokset eivät ole yhdensuuntaisia. Kokeellinen testaus suoritetaan ILSS:n mittaamiseen kehitetyn standardin, ASTM D2344, perusteella. Koekappaleina käytetään kahdenlaisia laminaatteja, joista ensimmäiset ovat lasikuitulujitettuja, toiset aramidilujitettuja. Testeissä käytetyissä lasikuitulujitetuissa laminaateissa on kahdenlaista laminointia, joita verrataan keskenään, jotta voidaan nähdä miten erilaiset kerrosjärjestykset vaikuttavat käyttäytymiseen ILSS-testeissä. Tarkempaa analyysia varten molemmista laminoinneista luotiin simulaatiomalli. Näin oli mahdollista selvittää, minkä kerrosten väliin leikkausjännityspiikit muodostuvat. Kokeelliset testit osoittivat, että useimmiten koekappaleet delaminoituivat alemmasta rajapinnasta, jossa lujitekuitujen suunta muuttuu. Tämä pystyttiin osoittamaan myös simulaatioilla, joissa alempaan rajapintaan muodostui suurimmat jännityspiikit. Laminaattien testaaminen kosteana ja korotetussa lämpötilassa heikensi ILSS-arvoja sekä ILSS-käyttäytymistä testeissä. Laminaattien ikäännyttäminen vesi-rikkihappo -upotuksessa ennen testaamista heikensi ILSS-arvoja, mutta ILSS käyttäytyminen pysyi hyvänä, ja laminaatit hajosivat delaminoitumalla. Simuloidut kriittiset leikkausjännitykset olivat 14- 24 % matalammat kuin ASTM standardin mukaan lasketut jännitykset. Simuloitu puhtaasti laminoinnista johtuva ero eri laminaattien välillä oli 34-58 % (riippuen reunaefektistä), mikä on suurempi kuin kokeissa havaittu ero (21-26 %). fi
dc.format.extent 70 + 10
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Interlaminar shear strength testing of non-unidirectionally reinforced composites en
dc.title Kerrosten välisen leikkausjännityksen testaus ei-yhdensuuntaisesti lujitetuissa komposiiteissa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword composites en
dc.subject.keyword ILSS en
dc.subject.keyword interlaminar failure en
dc.subject.keyword shear strength en
dc.subject.keyword glass fibre en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201605262244
dc.programme.major Lentotekniikka fi
dc.programme.mcode K3004 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Tuhkuri, Jukka
dc.programme Konetekniikan koulutusohjelma fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account