Interlaminar cracking resistance of nonhomogeneous composite beams

• Autorzy: Dadej K. , Bieniaś J. , Surowska B.

Warianty tytułu

PL

Odporność na pękanie międzywarstwowych niehomogenicznych belek kompozytowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article is devoted to interlaminar cracking research on carbon multidirectional fibrous-epoxy composites. Composite beams with 0°/0° 0°/45° and 0°/90° interfaces were subjected to double cantilever beam tests whereby force-crack opening displacement curves were determined. Additionally, crack length observations were conducted in order to determine the crack resistance curves of multidirectional composites. On the basis of the performed tests, it was found that the critical strain energy release rate for crack initiation is size independent of the material configuration. On the other hand, the fiber orientation is crucial to the critical strain energy release rate for crack propagation.

PL

Artykuł dotyczy badań odporności na pękanie wielokierunkowych kompozytów epoksydowo-włóknistych na bazie włókien węglowych. Belki kompozytowe z interfejsami 0°/0° 0°/45° oraz 0°/90° zostały zbadane za pomocą metody Double Cantilever Beam, w których wyznaczono charakterystyki siła - wielkość rozwarcia szczeliny. Dodatkowo prowadzono obserwacje długości pęknięcia w celu wyznaczenia krzywych odporności na pękanie kompozytów wielokierunkowych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wartość krytycznego współczynnika uwalniania energii dla inicjacji pęknięcia jest wielkością niezależną od ukierunkowania włókien. Natomiast ułożenie włókien jest kluczowe w przypadku krytycznego współczynnika uwalniana energii dla propagacji pęknięcia.

Słowa kluczowe

EN

interlaminar fracture toughness; cantilever beam; multidirectional laminates; beam theory

PL

międzywarstwowa odporność na pękanie; teoria belek; belka wspornikowa; laminaty wielokierunkowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 3
• Strony: 144--148
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dadej K.

• Lublin University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Materials Engineering, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

autor

Bieniaś J.

• Lublin University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Materials Engineering, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

autor

Surowska B.

• Lublin University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Materials Engineering, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Hashin Z., Failure criteria for unidirectional fiber composites. J. Appl. Mech. 1980, 47, 329-334.
• [2] Hashin Z., Rotem A., A fatigue criterion for fiber-reinforced materials, J. Compos. Mater. 1973, 7, 448-464.
• [3] Puck A., Schürmann H., Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models, Compos. Sci. Technol. 1998, 58, 7, 1045-1067.
• [4] Bolotin V.V., Delaminations in composite structures: its origin, buckling, growth and stability, Compos. Part B 1996, 27B, 129-145.
• [5] Bieniaś J., Dadej K., Surowska B., Interlaminar fracture toughness of glass and carbon reinforced multidirectional fiber metal laminates, Eng. Fract. Mech. 2017, 175, 127-145.
• [6] Dadej K., Jakubczak P., Bieniaś J., Surowska B., The influence of impactor energy and geometry on degree of damage of glass fiber reinforced polymer subjected to low-velocity impact, Composites Theory and Practice 2015, 15, 3, 163-167.
• [7] Krause T., Tushtev K., Koch D., Grathwohl G., Interlaminar Mode I crack growth energy release rate of carbon/carbon composites, Eng. Fract. Mech. 2013, 100, 38-51.
• [8] Davidson B.D., Kruger P., Konig M., Effect of stacking sequence on energy release rate distributions in multidirectional dcb and enf specimens, Eng. Fract. Mech. 1996, 55, 4, 557-569.
• [9] Schön J., Nyman T., Blom A., Ansell H., Numerical and experimental investigation of a composite ENF-specimen, Eng. Fract. Mech. 2000, 65, 4, 405-433.
• [10] Dadej K., Surowska B., Analysis of cohesive zone model parameters on response of glass-epoxy composite in mode II interlaminar fracture toughness test, Compos. Theory and Practice 2016, 16, 3, 180-188.
• [11] Andersons J., König M., Dependence of fracture toughness of composite laminates on interface ply orientations and delamination growth direction, Compos. Sci. Technol. 2004, 64, 13, 2139-2152.
• [12] Ducept F., Gamby D., Davies P., A mixed-mode failure criterion derived from tests on symmetric and asymmetric specimens, Compos. Sci. Technol. 1999, 59, 609-619.
• [13] Valvo P.S., On the calculation of energy release rate and mode mixity in delaminated laminated beams, Eng. Fract. Mech. 2016, 165, 114-139.
• [14] Jones R.M., Mechanics of Composite Materials, 2nd ed., Taylor & Francis, Philadelphia (PA) 1999.
• [15] Hutchinson J.W., Suo Z., Mixed mode cracking in layered materials, Adv. Appl. Mech. 1991, 29, 63-191.
• [16] ASTM D5528-13, Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013, www.astm.org
• [17] de Morais A.B., de Moura M.F., Marques A.T., de Castro P.T., Mode-I interlaminar fracture of carbon/epoxy crossply composites, Compos. Sci. Technol. 2002, 62, 679-686.
• [18] Ozdil F., Carlsson L.A., Beam analysis of angle-ply laminate DCB specimens, Compos. Sci. Technol. 1999, 59, 305-315.
• [19] Tohgo K., Hirako Y., Ishii H., Sano K., Mode I interlaminar fracture toughness and fracture mechanism of angle-ply carbon/nylon laminates, J. Compos. Mater. 1996, 3, 6, 650-661.
• [20] Sebaey T.A., Blanco N., Costa J., Lopes C.S., Characterization of crack propagation in mode I delamination of multidirectional CFRP laminates, Compos. Sci. Technol. 2012, 72, 1251-1256.
• [21] de Morais A.B., Double cantilever beam testing of multidirectional laminates, Compos. Part A 2003, 34, 12, 1135-1142.
• [22] Samborski S., Numerical analysis of the DCB test configuration applicability to mechanically coupled Fiber Reinforced laminated composite beams, Compos. Struct. 2016, 152, 477-487.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).