Fissuração transversal e delaminagem em laminados cruzados

Abstract

Um dos modos de rotura mais comuns dos laminados compósitos é a fissuração transversal, fenómeno que tem sido objecto de muita investigação. Neste trabalho realizou-se um estudo experimental com laminados cruzados [(0/90)6/0], [(0/902)4/0] e [(0/903)3/0], designados por L1, L2 e L3, respectivamente, que foram sujeitos a ensaios de tracção e de flexão. Os objectivos principais eram avaliar o efeito da fissuração transversal nas perdas de rigidez e a influência do agrupamento de camadas a 90º na tensão de início de fissuração transversal. Nos ensaios de tracção observou-se claramente fissuração transversal, mas esta afectou muito pouco a rigidez do laminado. A tensão de início de perda de rigidez foi menor para o laminado L3, com mais camadas agrupadas a 90º. De registar as elevadas tensões longitudinais de rotura das camadas a 0º, que impediram o ensaio até à rotura dos laminados L1 por limitação da capacidade de carga da máquina de ensaios disponível. Por outro lado, nos ensaios de flexão houve perdas de rigidez mais notórias. Todavia, não se observaram fissuras transversais, o que indica que as referidas perdas de rigidez se deveram muito provavelmente a comportamento tensão-deformação não-linear das camadas a 90º. Na realidade, as tensões transversais de início de perda de rigidez foram muito semelhantes para todos os laminados. A rotura das camadas a 0º externas por encurvadura com delaminagem a tensões inferiores às da rotura à tracção contribuiu também para evitar o aparecimento de fissuras transversais nos ensaios de flexão.

Transverse cracking is one of the common failure modes of laminated composites and thus has been the subject of considerable research. This work consisted of an experimental study involving the [(0/90)6/0], [(0/902)4/0] and [(0/903)3/0] cross-ply laminates, here designated by L1, L2 and L3, respectively. Tensile and flexural tests were conducted in order to evaluate the stiffness losses caused by transverse cracking and the effect of 90º ply clustering on the onset of transverse cracking stresses. Transverse cracks were observed in tensile test specimens, but they produced very small stiffness losses. The onset of stiffness loss stress was lower for L3 laminates, which had more clustered 90º plies. It is worth mentioning the very high longitudinal strengths of 0º plies, which prevented tests up to failure of L1 laminates owing to the limited load capacity of the testing machine available. More significant stiffness losses were observed in flexural tests, but no transverse cracks were detected. This indicates that stiffness losses were caused by the non-linear stress-strain behaviour of 90º plies. In fact, the ply onset of stiffness loss stresses were very similar for all laminates. Failure of external 0º plies by delamination buckling at longitudinal stresses much lower than tensile strengths contributed to avoid transverse cracking.