Experimental investigation of failure mechanism in cross-ply and fabric curved composite laminates

Uçakların ve rüzgar türbini kanatçıklarının kaburga ve kirişlerinde kullanılan katmanlı bükümlü şekle sahip kompozit yapılar yüksek laminalar arası çekme ve kesme gerilimlerine maruz kalmaktadır. Bu gerilimler delaminasyona ve sonrasında yapıların yük taşıma kapasitelerini kaybetmelerine neden olmaktadır. Bu çalışmada, enine yük altındaki çapraz-katlı ve dokuma bükümlü kompozit yapılarda meydana gelen hasar mekanizması özel tasarlanan test fikstürü kullanılarak deneysel olarak incelenmiştir. Bükümlü laminalar üzerindeki gerilim alanı sonlu elemenlar analizi ve çok-katmanlı kompozit teoresinin kullanıldığı analitik çözüm ile elde edilmiştir. Çapraz-katlı ve dokuma bükümlü kompozit yapılarda görülen dinamik delaminasyon yüksek hızlı kamera kullanılarak kaydedilmiştir. Bu görüntülerde hasar oluşum sırası yakalanmış ve çatlak ucu ilerleme hızı hesaplanmıştır. Çapraz-katlı kompozit numunelerin üzerindeki von Mises gerinim alanı Dijital Görüntü Korelasyon yöntemi ve elastic sonlu elemenlar analizi kullanılarak elde edilmiştir. Bu gerilim alanlarının matris çatlaklarının yoğunlaştığı yüklemeye kadar uyum sağladığı gözlemlenmiştir. Testlerde kullanılan numuneler üzerinde dijital mikroskop kullanılarak detaylı fraktografi analizi yapılmıştır. Çapraz-katlı bükümlü kompozit yapılarda görülen radyal çatlaklar, iki boyutlu Hashin hasar kriteri ile başarılı bir şekilde tahmin edilmiştir. Ancak kıvrımlı çatlak ucu ilerleyişi tahmin edilememiştir. Dokuma bükümlü kompozit yapılarda hasarın katmanlar arasında ve katman içerisinde oluştuğu gözlemlenmiştir. Dokuma laminalarda çatlak ucu hızının dalgalı bir seyir izlediği ve intersonik hızlara ulaştığı gözlemlenirken çapraz katlı numunelerde Rayleigh dalga hızına yaklaştığı gözlemlenmiştir.