This study investigates the effects of Z-pinning on the delamination performance in opening and shear loading modes in woven fabric reinforced / epoxy composite materials, as well as the effects of friction between specimen crack faces and the Z-pin failure mechanisms involved in mode II delamination. Mode I and mode II delamination tests are carried out on Z-pinned unidirectional (UD) and woven laminates. Both UD and woven laminates exhibit enhanced delamination resistance and crack propagation stability through Z-pinning. The effects of various structural and Z-pin parameters on the mode I and mode II delamination behaviour are separately assessed. The 4ENF testing configuration is deemed as the appropriate mode II configuration for the testing of Z-pinned laminates. A new basic friction rig is used to measure the friction coefficient between crack faces in woven laminates. An additional friction effect attributed to fibre architecture is identified. A specially designed delamination specimen is used to overcome the difficulty of accurately measuring crack propagation in Z-pinned woven fabric materials and aid data reduction using the available analytical methods. The failure mechanisms involved in the mode II delamination of Z-pinned laminates have been investigated with the implementation of a new test. Z-pins fail under shear loading through a combination of resin crushing, laminate fibre breakage, pin shear, pin bending and pin pullout. The balance of the failure mechanisms is shown to be a function of the crack opening constraint, material type, stacking sequence, Z-pin angle and insertion depth to Z-pin diameter ratio. Z-pin and material parameters influencing Z-pinning quality are identified, categorised and quantified. The importance of controlling Z-pin insertion depth is underlined and updated manufacturing procedures are proposed. Partial pinning appears as an advantageous alternative. A reduction in in-plane stiffness and in-plane strength in UD and woven fabric composites is measured, whilst no significant change of in-plane shear stiffness of UD materials is observed. A reduction in the fibre volume fraction is the single most important parameter affecting the in-plane stiffness. The performance of a Z-pinned sub-structural component is investigated. Enhanced loading carrying capacity and damage tolerance is achieved through Z-pinning.

L'optimisation des structures aéronautiques fabriquées en composite a mené EADS-IW à développer une technique d’assemblage par cloutage qui a pour objectif la fabrication à coût réduit de sous ensembles structuraux avec un fort niveau d'intégration. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier le comportement mécanique des assemblages cloutés et de proposer des modélisations associées. Dans le cadre d'une démarche multi-niveau, le comportement des liaisons clou/résine et clou stratifié a d'abord été étudié. Des campagnes expérimentales ont montré l'influence du diamètre du clou et de la profondeur d'enfoncement sur la tenue en arrachement ainsi que des similitudes entre le comportement du clou noyé dans de la résine et implanté dans le stratifié. Une modélisation capable d'estimer la tenue en arrachement d'un clou a été développée. Au niveau éprouvettes technologiques, des éprouvettes cloutées représentatives de structures aéronautiques de type « L » ou « T » ont été testé en sollicitations statiques montrant l'influence des paramètres de conception et les possibles avantages du cloutage. Finalement, des modélisations basées sur les études élémentaires ont permis de simuler le comportement de ces éprouvettes cloutées retrouvé en essai et notamment de prédire leur tenue sous sollicitations différentes validant ainsi la démarche multi-niveau.