Development of a mixed-mode fracture criterion for a five harness satin carbon/epoxy manufactured by resin transfer moulding

This investigation considers the influence of manufacturing on a composite material's resistance to delamination. Mixed-mode toughness data was measured for a five harness satin (5HS) carbon/epoxy manufactured by resin transfer moulding (RTM). The effect of fibre volume fraction on both initiation and propagation fracture toughness was also determined. Fibre volume fractions of 57% and 66% were considered under Mode I (interlaminar tension), Mode II (interlaminar shear) and Mixed-Mode I-II loading of 25%, 50% and 75%. Flat rectangular plates, from which specimens were obtained, were manufactured by RTM. Double cantilever beam (DCB) specimens were used for Mode I and Mixed-Mode I-II, following ASTM standards D5528 and D6671. End-notched flexure (ENF) specimens were used for Mode II. Initiation toughness therefore increased as the contribution of Mode II towards Mixed-Mode I-II delamination growth increased. Important toughening mechanisms were observed in all cases, which resulted in propagation fracture toughness being at least 200% higher than initiation fracture toughness. The dominant mechanism responsible for fracture work was the energy dissipated in creating and translating the crack tip damage zone across a non-planar path. The increase in fibre volume fraction decreased initiation fracture toughness at all mixed-mode ratios, and increased propagation fracture toughness at high Mode I contributions towards Mixed-Mode I-II delamination growth. Increasing the fibre volume fraction had no effect on propagation fracture toughness at a Mixed-Mode ratio of 75%. Additionally, the Virtual Crack Closure Technique (VCCT) implemented in Abaqus® was evaluated as an analysis tool to model the initiation and growth of delaminations in composites. Two finite element models of DCB specimen were built (2D and 3D). The material's delamination behavior was governed by the mixed-mode fracture data measured experimenCe projet visait à étudier l'influence du procédé de fabrication sur la capacité d'un matériau composite à résister au délaminage. Les données en mode mixte ont été mesurées pour un composite avec une résine d'époxy et un tissu de carbone d'armure satin à cinq harnais (5HS carbon/epoxy), fabriqué à l'aide du moulage par transfert de résine (RTM). L'effet du pourcentage volumique de fibre sur la ténacité à la rupture, à l'initiation et à la propagation, a également été déterminé. Des pourcentages volumiques de 57% et 66% ont été considérés en Mode I (tension interlaminaire), en Mode II (cisaillement interlaminaire) et en Mode-mixte I-II à 25%, 50% et 75%. Des plaques rectangulaires ont été fabriquées par RTM, desquelles tous les échantillons ont été découpés. Des échantillons en double poutre encastrée (DCB) ont été utilisés pour les essais en Mode I et en Mode-mixte, selon les standards ASTM D5528 et D6671. Des échantillons de type end-notched flexure (ENF) ont été utilisés pour les essais en Mode II. La ténacité à l'initiation de la rupture a donc augmenté lorsque la contribution du Mode II a été augmentée lors des essais en Mode-mixte. Des mécanismes de renforcement ont été observés dans tous les cas, faisant en sorte que la ténacité à la propagation de la rupture était au moins 200% plus élevée que la ténacité à l'initiation de la rupture. Le principal mécanisme responsable du travail de rupture était la dissipation d'énergie associée à l'avancement de la fissure le long d'un chemin non-planaire. Ceci est caractéristique des composites tissés. L'augmentation du pourcentage volumique de fibre a fait diminuer la ténacité à l'initiation de la rupture dans tout les cas, et a également fait augmenter la ténacité à la propagation de la rupture lorsque la contribution du Mode I en Mode-mixte était élevée. L'augmentation du