Fatigue-driven Delamination Considering Real Load Spectra

The current design framework which is applied for larger laminated composite structures, such as wind turbine blades, is to a large extent based on over-simplified models and experience from previous blade designs. In general, two major simplifications are made in the current design frame-work in relation to fatigue-driven damage and delamination: 1) Simplified loading spectra and 2) neglecting influence of design details and defects. A design paradigm shift towards the use of physical based models will reduce the need for experience-based design, which is key for more innovative, reliable, and robust composite design solutions while at the same time ensuring an effective use of materials. The aim of the project is to increase the application of physical based models in the design of advanced laminated composites, which will be accomplished by an experimental characterization of the driving mechanisms in fatigue-driven delamination with respect to real fatigue loading spectra.

Kompositmaterialer anvendes i dag i mange forskellige produkter og konstruktioner, lige fra sportsudstyr til vindmøllevinger. Materialerne anvendes typisk i form af laminater, hvor strukturen opbygges lagvist af glas- og kulfiberforstærkede polymerer. Resultatet er typisk tyndvæggede konstruktioner med høj stivhed og styrke i forhold til vægten. Akilleshælen for laminerede kompositter er dog deres ringe styrke igennem tykkelsen, hvilket kan føre til skade og revner mellem de enkelte lag. Højtydende laminerede kompositte konstruktioner, såsom vindmøllevinger, har en lang levetid, hvor de over tid bliver udsat for et komplekst spektra af varierende belastninger alt afhængig af vind- og vejrforhold. Den komplekse belastningshistorik på disse strukturer samt komplekse skadesmekanismer gør det svært at designe effektive og samtidig pålidelige kompositte konstruktioner. Derfor designes sådanne strukturer i dag vha. simple modeller samt erfaring fra tidligere designs, hvilket resulterer i konservative og mindre innovative designløsninger. Der findes i dag en række mere avancerede modeller til prædiktion af skadesudvikling under cykliske belastninger, men ingen af disse modeller er i stand til at håndtere virkelige belastninger. Det er formålet med dette projekt at undersøge og udvikle pålidelige modeller, som kan prædiktere udviklingen af revner i laminerede kompo-sitter. Resultatet vil give mulighed for at designe mere kosteffektive og samtidig pålidelige konstruktioner.