INVESTIGATION OF THE EFFECT OF THE 2.5-D CARBON FABRIC CONSTRUCTION ON FABRIC REINFORCED POLYMER MATRIX COMPOSITE TOUGHNESS

Abstract

THE INVESTIGATION OF THE FACT THAT CARBON FABRIC REINFORCED COMPOSITES HAVE A BETTER INTERLAMINAR FRACTURE TOUGHNESS AND SUPERIOR IMPACT BEHAVIOUR TO THEIR UNIDIRECTIONAL COUNTERPARTS IS THE MAIN GOAL OF THIS STUDY. THE RELATION BETWEEN FABRIC CHARACTERISTICS AND INTERLAMINAR FRACTURE TOUGHNESS IS SOUGHT, USING A PLAIN-WEAVE FABRIC AS THE BASELINE, AND GOING FURTHER WITH THE DEVELOPMENT OF THE SPECIAL 2.5-D FABRIC. SPECIFIC GOALS IN THE EXPERIMENTAL/CHARACTERIZATION PHASE OF THE STUDY INCLUDE THE DEVELOPMENT OF A COMPOSITE MANUFACTURING PROCESS THAT ENSURED LAMINATE QUALITY, WRITING OF SPECIAL IMPACT TEST DATA REDUCTION SOFTWARE FOR THE INSTRUMENTED FALLING WEIGHT TEST (IFWIT), DESIGN AND MANUFACTURE OF A BOEING-TYPE COMPRESSION AFTER IMPACT FACILITY, AND USE OF MICROSCOPY (SEM AND LOM) FOR THE DETERMINATION OF SPECIFIC FABRIC PLY PROPERTIES NECESSARY FOR THE MODELLING WORK. MICROFOCUS RADIOGRAPHY AND ULTRSONIC C-SCANNINGIS USED FOR THE DETERMINATION OF THE IMPACT DAMAGE. A NOVEL GEOMETRIC MODEL FOR INTERLAMINAR FRACTURE TOUGHNESS BASED ON FEATURES OF THE FRACTURE SURFACE IS DEVELOPED. THE MODEL PREDICTS LOCAL TOUGHNESS VARIATIONS OVER THE FRACTION SURFACE; RELATIVE FIBRE ORIENTATION, AND LOCAL FIBRE VOLUME FRACTION VALUES AREFOUND TO PLAY A ROLE ON THE OVERALL FRACTURE TOUGHNESS OF THE LAMINATE. THE RESULTS CORRELATE WELL WITH THE EXPERIMENTAL FINDINGS, AS MODE I AND MODE II TOUGHNESS IS PREDICTED, AS WELL AS THE EXPERIMENTAL SCATTER.

ΚΥΡΙΟΣ ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΕΙΝΑΙ Η ΕΡΕΥΝΑ ΤΩΝ ΑΙΤΙΩΝ ΤΗΣ ΚΑΛΥΤΕΡΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΚΡΟΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΩΝ ΜΕ ΥΦΑΣΜΑ ΑΠΟ ΑΝΘΡΑΚΟΝΗΜΑΤΑ ΠΟΛΥΣΤΡΩΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ, ΕΝΑΝΤΙ ΤΩΝ ΜΟΝΟΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΩΝ. ΑΝΑΖΗΤΕΙΤΑΙ Η ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΟΥ ΥΦΑΣΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑΣ, ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΣΑΝ ΒΑΣΗ ΕΝΑ ΑΠΛΟ ΥΦΑΣΜΑΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΩΝΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ ΕΙΔΙΚΟΥ 2.5-D ΥΦΑΣΜΑΤΟΣ. ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΕΙ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΙΑΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΟΥ ΕΞΑΣΦΑΛΙΖΕΙ ΚΑΛΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ, ΤΗ ΣΥΓΓΡΑΦΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Η/Υ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΡΟΥΣΤΙΚΩΝ ΤΕΣΤ ΜΕ ΠΤΩΣΗ ΜΑΖΑΣ (IFWIT), ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΕΣΤ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΚΡΟΥΣΗ ΤΥΠΟΥ BOEING, ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΩΝ ΟΠΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΣΑΡΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΗΣ ΣΤΡΩΣΗΣ, ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΛΟ. ΡΑΔΙΟΓΡΑΦΙΑ ΚΑΙ C-SCAN ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΖΗΜΙΑΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΑΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ ΚΡΟΥΣΗ. ΕΝΑ ΝΕΟ ΜΟΝΤΕΛΛΟ ΓΙΑ ΔΙΑΣΤΡΩΜΑΤΙΚΗ ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑ, ΒΑΣΙΣΜΕΝΟ ΣΕ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΘΡΑΥΣΗΣ, ΠΡΟΒΛΕΠΕΙ ΤΟΠΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΤΗΣ ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΘΡΑΥΣΗΣ. Η ΣΧΕΤΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΤΩΝ ΙΝΩΝ, ΚΑΙ Η ΤΟΠΙΚΗ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΣΕ ΙΝΕΣ ΒΡΕΘΗΚΑΝ ΝΑ ΠΑΙΖΟΥΝ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΡΟΛΟ ΣΤΗΝ ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΠΟΛΥΣΤΡΩΤΟΥ. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΛΟΥ ΣΥΜΦΩΝΟΥΝ ΜΕ ΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ, ΤΟΣΟ ΣΤΗΝ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑΣ ΤΥΠΟΥ Ι ΚΑΙ ΙΙ, ΟΣΟ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΤΗΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ ΠΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΕΙΤΑΙ ΣΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ.