The Mechanical Buckling Behaviour of Composite Sandwich Structure Made from Hybrid Glass/Carbon Face Sheets and Rigid Foam Core

L'apparition d'un effet hybride en flambage pour des panneaux sandwichs fabriqués à partir des peaux composites hybrides interlaminaires et d'une âme en mousse rigide a fait l'objet de cette étude. Dans un premier temps, des essais expérimentaux ont été effectués et les résultats obtenus ont été validés à l'aide des prédictions analytiques et des simulations numériques. Deuxièmement, une comparaison exhaustive entre les résultats expérimentaux, analytiques et numériques a été effectuée pour confirmer l'apparition d'un effet hybride, qui était l'objectif principal de cette étude. Sur le plan expérimental, des panneaux sandwich ont été fabriqués à l'aide du procédé de moulage par transfert de résine assisté sous vide (VARTM). À ce stade, l'infusion de la résine a été effectuée simultanément à travers les deux peaux du sandwich. Par ailleurs, une série des tests de compression a été effectuée pour optimiser les dimensions des échantillons de flambage. En outre, des essais de flexion 3 points ont été réalisés pour étudier d'une part l'existence d'un effet hybride dans les six échantillons hybrides fabriqués à partir de peaux composites en fibres hybrides 2:2 (verre:carbone) et d'autre part, leur capacité à retarder la déformation plastique et la rupture finale. Les résultats des échantillons hybrides ont été comparés à ceux de deux échantillons de référence réalisés à partir des panneaux sandwichs avec des peaux entièrement en fibre de verre ou de carbone. Il a été constaté lors des essais de flexion, que les probabilités de la rupture de la peau sont plus élevées lorsque les couches de fibres de carbone sont placées au niveau ou à proximité du côté extérieur de la peau. De plus, les meilleures performances en flexion sont obtenues par les échantillons avec des peaux équilibrées. Enfin, le comportement en flambage des six panneaux sandwichs différents a été étudié en comparaison avec deux panneaux sandwichs de référence. La déflexion hors plan de chaque échantillon a été mesurée par des capteurs laser à réflexion sans contact, placés de deux côtés de l'échantillon pour capturer les déflexions négatives et positives. Les résultats des essais de flambage ont révélés un effet hybride positif pour l'échantillon hybride avec un ordre alterné des couches de fibres de verre et de carbone en retardant la charge critique de flambage de 11,4% à 18,3%. Un examen microscopique a été effectué pour étudier les modes de rupture et leurs mécanismes pour les échantillons testés en flexion 3 point et aussi en flambage.

Abstract

The occurrence of a hybrid effect for sandwich panels made from inter-laminar hybrid composite face sheets and a rigid foam core with respect to buckling performance was the subject of investigation in this study. As a first step, this study performed experiments and validated the results using analytical predictions and numerical simulations. Second, a comprehensive comparison of the experimental, analytical and numerical results was used to confirm the occurrence of a hybrid effect, which was the study's major objective. Experimentally, all the sandwich panels were fabricated using the Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) process by double infusing the resin through the sandwich panel face sheets simultaneously. A set of compressive tests were performed to optimize the dimensions of the buckling test specimens that delivered the most clear and recordable out-of-plane deflection using non-contact laser sensors. Additionally, flexural 3-point bending tests were performed to investigate the existence of a hybrid effect within the six hybrid specimens made from 2:2 hybrid (glass:carbon) fiber face sheets and to study their ability to delay the yield and ultimate loading points. The hybrid specimen results were compared to two baseline specimens made from sandwich panels with all-glass or all-carbon face sheets. The chances of face sheet failure were higher when the carbon fiber layers were placed at or near the outer side of the face sheet lamina during the bending tests. Moreover, the best flexural performance was delivered by the specimens with balanced face sheets. Finally, the buckling behavior of the six different sandwich panels were investigated compared to the two baseline sandwich panels. The out-of-plane deflection of each specimen was measured by back-to-back reflex non-contact laser sensors to capture the negative and positive deflections on both sides of the specimen. The experimental buckling results showed a positive hybrid effect in the hybrid specimen with an alternating order of glass and carbon lay-up in delaying the critical buckling load by 11.4% to 18.3%. A microscopic examination was performed to investigate the failure modes and their mechanisms caused by both the flexural 3-point bending tests and the buckling tests.