Article Dans Une Revue Comptes Rendus. Mécanique Année : 2025

Mechanisms of transverse cracking induced by adjacent ply matrix cracks in composite laminates

Nicolas Carrère
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Mathilde Conan
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Eric Martin
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Résumé

Cracking in composite laminates containing θ-plies adjacent to 90 deg. plies is studied experimentally and numerically using the coupled criterion. Experimental observations of the composite edge evidence θ-ply cracking i) at an imposed strain level much larger than first transverse cracking in 90 deg. ply for a sufficiently large orientation mismatch between adjacent plies or ii) at a similar imposed strain level if the mismatch angle between two adjacent plies is small. The latter phenomenon may be mitigated by the presence of a 0 deg. ply between the 90 deg. and the θ-plies. These conclusions are supported by numerical simulation of the experimentally observed damage mechanisms, which also highlight that debonding between adjacent plies may occur as it becomes more favorable that adjacent ply crack re-initiation for sufficiently large adjacent ply mismatch angle.

Cracking in composite laminates containing θ-plies adjacent to 90°plies is studied experimentally and numerically using the coupled criterion and finite element calculations. Different damage mechanisms are considered, namely transverse cracking in 90°, cracking in θ-plies, or debonding between adjacent misoriented plies. The influence of the stacking sequence on the damage mechanism sequence is investigated. Experimental observations of the composite edge under tensile loading evidence θ-ply cracking (i) at an imposed strain level much larger than first transverse cracking in 90°ply for a sufficiently large orientation mismatch between adjacent plies or (ii) at a similar imposed strain level if the mismatch angle between two adjacent plies is small. The latter phenomenon may be mitigated by the presence of a 0°ply between the 90°a nd the θ-plies.

These conclusions are supported by numerical simulation of the experimentally observed damage mechanisms, evidencing a change in the damage mechanism sequence depending on the θ-ply misorientation. The numerical simulations also highlight that debonding between adjacent plies may occur as it becomes more favorable that adjacent ply crack re-initiation for sufficiently large adjacent ply mismatch angle.

Résumé. La fissuration dans les stratifiés composites, contenant des plis orientés à θ°de la direction de chargement adjacents à des plis à 90°, est étudiée expérimentalement et numériquement à l'aide du critère couplé et de calculs par éléments finis. Différents mécanismes d'endommagement sont pris en compte : la fissuration transverse dans le pli à 90°, la fissuration dans les plis à θ°, ou la décohésion entre des plis adjacents d'orientation différente. L'influence de la séquence d'empilement sur la séquence des mécanismes d'endommagement est analysée. Les observations expérimentales effectuées sur des stratifiés sollicités en traction mettent en évidence une fissuration dans les plis à θ : (i) à un niveau de déformation imposé beaucoup plus élevé que celui de la première fissuration transverse dans les plis à 90°pour une désorientation suffisamment grand entre les plis adjacents, ou (ii) à un niveau de déformation imposé similaire si l'angle de

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Nicolas Carrère, Aurélien Doitrand, Mathilde Conan, Eric Martin. Mechanisms of transverse cracking induced by adjacent ply matrix cracks in composite laminates. Comptes Rendus. Mécanique, 2025, 353 (G1), pp.359-377. ⟨10.5802/crmeca.286⟩. ⟨hal-04935596⟩
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