Experimental methods for determining the residual stresses of composite laminates
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2013
Major/Subject
Lentotekniikka
Mcode
Kul-34
Degree programme
Language
en
Pages
76 + app. 5
Series
Abstract
The object of the thesis was to find experimental methods for determination of cure induced residual stresses in composite materials. The stresses develop because of the differences in the thermal and elastic properties of the constituents of a composite. The residual stresses may affect the strength of a composite material. The stresses may also cause delamination and matrix microcracking, which means degradation of the material properties. Many of the residual stress determination methods have been developed for isotropic materials in first place. Later on, the methods have been extended for orthotropic materials such as composites. Both destructive and non-destructive and also semidestructive methods have been developed. Some of the methods are suitable only for a specific shaped specimen. In the experimental section of the thesis some of the residual stress determination methods were evaluated. The experiments were done mainly in the facilities of Aalto University at the Department of Applied Mechanics. The results of the experiments were partly evaluated by comparing them to thermal stresses taking place due to cooling to the ambient temperature from the cure temperature and partly by using FEM modelling. As a conclusion, some of the tested experimental methods showed their potential in residual stress measurement. Some methods, such as hole-drilling method could be developed further to be an efficient tool for finding the residual stresses of composite materials. Combining some experimental measurements to FEM modelling could provide opportunities for determination of residual stresses.Tässä työssä esitellään komposiittien jäännösjännitysten kokeellisia määritysmenetelmiä ja jännityksiin johtavia tekijöitä. Komposiittimateriaaleissa esiintyy jäännösjännityksiä materiaalin ainesosasten kemiallisten ja elastisten ominaisuuksien, sekä lämpölaajenemiserojen johdosta. Jäännösjännitykset voivat vaikuttaa komposiittimateriaalin lujuuteen. Jäännösjännitykset voivat myös aiheuttaa delaminaatiota ja matriisin mikrosäröilyä, jotka johtavat materiaaliominaisuuksien heikkenemiseen. Useat jäännösjännitysten määritysmenetelmät on kehitetty alun perin isotrooppisia materiaaleja silmälläpitäen. Myöhemmin näitä menetelmiä on jatkokehitetty komposiittimateriaaleja varten. Jäännösjännitysten määrittämiseen on olemassa sekä ainetta rikkovia, että ainetta rikkomattomia menetelmiä. Jotkut menetelmistä soveltuvat ainoastaan tietyn muotoiselle kappaleelle. Tämän työn kokeellisessa osuudessa testattiin joitakin jäännösjännitysten määritysmenetelmiä. Kokeet tehtiin pääosin Aalto-yliopistossa, Sovelletun mekaniikan laitoksen tiloissa. Kokeellisia tuloksia arvioitiin vertaamalla niitä kovetuslämpötilan ja huoneen lämpötilan lämpötilaerosta aiheutuviin laskennallisiin jännityksiin. Osassa kokeista arviointiin käytettiin myös elementtimenetelmään perustuvaa laskentaa. Osa menetelmistä osoitti potentiaalinsa ja käytettävyytensä jäännösjännitysten määrittämiseen. Joitakin menetelmiä, kuten reiänporausmenetelmää, voitaisiin kehittää edelleen soveltamalla eri tekniikoita porauksen aikana vapautuvien jännitysten aiheuttamien venymien mittaukseen ja jännitysten laskentaan. Myös kokeellisten tulosten ja FEM-mallinnuksen yhdistäminen voisi tuoda uusia mahdollisuuksia jäännösjännitysten määrittämiseen.Description
Supervisor
Saarela, OlliThesis advisor
Pärnänen, TuomasKeywords
residual stresses in composite, experimental method, hole-drilling, komposiitin jäännösjännitykset, kokeelliset menetelmät