Development and implementation of a testing method for the characterization of interlaminar delamination propagation in laminates under fatigue mode I loading conditions

• Autorzy: Wilk J.

Identyfikatory

DOI

10.5604/05096669.1226899

Warianty tytułu

PL

Opracowanie i wdrożenie metody badania rozwoju delaminacji miedz y warstwowych w laminatach w warunkach zmęczeniowego I sposobu pękania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

With no standardized methods for experimental characterization of fatigue delamination growth in laminates available the paper presents a testing method for mode I loading conditions. The distinctive feature of the proposed method is determination of crack length based on the specimen compliance and an additional compliance calibration procedure. This approach eliminates the need of visual observations. The testing methodology, using the double cantilever beam specimen, is described step by step as well as calculations leading to obtaining the relationship between the delamination growth rate and strain energy release rate values in the form of Paris' law The method was implemented in the Composites Testing Laboratory in the Institute of Aviation and the experimental investigations of crack resistance properties of laminates made of unidirectional prepreg MTM 46 were performed. Consistent results were obtained and the Paris law for I cracking mode was determined.

PL

W świetle braku dostępnych unormowanych metod zaprezentowano procedurę eksperymentalnego badania zmęczeniowego rozwoju delaminacji w warunkach I sposobu pękania. Wyróżniającą cechą zaproponowanego algorytmu jest wyznaczanie długości pęknięcia za pomocą podatności badanej próbki oraz dodatkowo przeprowadzanej kalibracji podatności. Zaprezentowane podejście pozwala wyeliminować konieczność obserwacji długości pęknięcia podczas testu. Opisana została krok po kroku metodologia, wykorzystująca próbkę w postaci podwójnej belki wspornikowej (Double Cantilever Beam), jak również przedstawione zostały obliczenia prowadzące do wyznaczenia zależności szybkości wzrostu delaminacji od wartości współczynnika uwalniania energii w postaci prawa Parisa. Metoda została wdrożona w Laboratorium Badań Kompozytów w Instytucie Lotnictwa. Przeprowadzono badania doświadczalne odporności na pękanie laminatu wykonanego z jednokierunkowego preimpregnatu MTM 46. Uzyskano zgodne wyniki oraz wyznaczono prawo Parisa dla I sposobu pękania.

Słowa kluczowe

EN

composites; delamination; fatigue; mode I; mechanical testing

PL

kompozyty; delaminacja; zmęczenie; sposób I pekania; badania mechaniczne

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 4 (245)
• Strony: 239--250
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., schem., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Wilk J.

• Instytut Lotnictwa, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warszawa

Bibliografia

• [1] Szeląg, D., 2004, "Institute of Aviation Activity in Design and Testing of Composite Structures," Transactions of the Institute of Aviation, Special Edition 2004.
• [2] Composite Materials Handbook - 17, ed., 2012, Composite Materials Handbook, Volume 1 - Polymer Matrix Composites - Guidelines for Characterization of Structural Materials, SAE International.
• [3] Davies, P., Blackman, B. R. K., and Brunner, A. J., 1998, "Standard Test Methods for Delamination Resistance of Composite Materials: Current Status," Applied Composite Materials, 5(6), pp. 345-364.
• [4] ASTM International, 2013, "Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites", ASTM D5528-13.
• [5] ISO, 2001, "Fibre-reinforced plastic composites - Determination of model interlaminar fracture toughness, GIC, for unidirectionally reinforced materials, ISO 15024:2001."
• [6] Japanese Standards Association, 1993, "Testing methods for interlaminar fracture toughness of carbon fibre reinforced plastics", JIS K7086-1993.
• [7] ASTM International, 2011, "Standard Test Method for Mode I Fatigue Delamination Growth Onset of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites", ASTM D6115-97 (Reapproved 2011).
• [8] ASTM International, 2015, "Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates", ASTM E647-15.
• [9] Szekrenyes, A., 2015, "Delamination of composite specimens," Ph. D. Dissetation, Budapest University of Technology and Economics.
• [10] Stelzer, S., Brunner, A. J., Arguelles, A., Murphy, N., Cano, G. M., and Pinter, G., 2014, "Mode I delamination fatigue crack growth in unidirectional fiber reinforced composites: Results from ESIS TC4 round-robins," Engineering Fracture Mechanics, 116, pp. 92-107.
• [11] Arguelles, A., Vina, J., Canteli, A. F., and Bonhomme, J., 2010, "Fatigue delamination, initiation, and growth, under mode I and II of fracture in a carbon-fiber epoxy composite," Polym Compos, 31(4), pp. 700-706.
• [12] Al-Khudairi, O., Hadavinia, H., Waggon, A., Lewis, E., and Little, C, 2015, "Characterising mode I/mode II fatigue delamination growth in unidirectional fibre reinforced polymer laminates," Materials & Design, 66, Part A, pp. 93-102.
• [13] Brunner, A. J., Murphy, N., and Pinter, G., 2009, "Development of a standardized procedure for the characterization of interlaminar delamination propagation in advanced composites under fatigue mode I loading conditions," Engineering Fracture Mechanics, 76(18), pp. 2678-2689.
• [14] Brunner, A. J., Stelzer, S., Pinter, G., and Terrasi, G. P., 2016, "Cyclic fatigue delamination of carbon fiber-reinforced polymer-matrix composites: Data analysis and design considerations," International Journal of Fatigue, 83, Part 2, pp. 293-299.
• [15] Shahverdi, M., Vassilopoulos, A. P., and Keller, T., 2012, "Experimental investigation of R-ratio effects on fatigue crack growth of adhesively-bonded pultruded GFRP DCB joints under CA loading," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 43(10), pp. 1689-1697.
• [16] Hojo, M., Matsuda, S., Tanaka, M., Ochiai, S., and Murakami, A., 2006, "Model delamination fatigue properties of interlayer-toughened CF/epoxy laminates," Composites Science and Technology, 66(5), pp. 665-675.
• [17] Czajkowska, K., 2014, Badanie w warunkach I sposobu pękania próbek DCB wyciętych z płyt LK14-9 i LK14-10,10/LK/2014/TEBUK, Instytut Lotnictwa, Warszawa.