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

• Autorzy: Wilk J.

Identyfikatory

DOI

10.5604/05096669.1226901

Warianty tytułu

PL

Opracowanie i wdrożenie metody badania rozwoju delaminacji międzywarstwowych w laminatach w warunkach zmęczeniowego II sposobu pękania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

With no standardized methods being available the paper presents a procedure for experimental characterization of fatigue delamination growth under mode II loading conditions. The distinctive feature of the proposed algorithm is determination of crack length based on the specimen compliance. It eliminates the need of visual observations replacing it with compliance calibration performed at the end of the test. The testing methodology, using the end notch flexure set-up, 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 II cracking mode was determined.

PL

W świetle braku dostępnych unormowanych metod zaprezentowano procedurę eksperymentalnego badania zmęczeniowego rozwoju delaminacji w warunkach II sposobu pękania. Wyróżniającą cechą zaproponowanego algorytmu jest wyznaczanie długości pęknięcia za pomocą podatności badanej próbki. Pozwala to na wyeliminowanie konieczności prowadzenia obserwacji, zastępując ją wykonaniem kalibracji podatności po zakończeniu testu. Opisana została krok po kroku metodologia, wykorzystująca zginanie trójpunktowe próbki z rozwarstwieniem (ENF), 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 II sposobu pękania.

Słowa kluczowe

EN

composites; delamination; fatigue; mode II; mechanical testing

PL

kompozyty; delaminacja; zmęczenie; sposób II pękania; badania mechaniczne

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 4 (245)
• Strony: 251--261
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fot., 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] Szekrenyes, A., 2015, "Delamination of composite specimens," Ph. D. Dissetation, Budapest University of Technology and Economics.
• [5] ASTM International, 2014, "Standard Test Method for Determination of the Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites", ASTM D7905/D7905M-14.
• [6] ISO, 2014, "Fibre-reinforced plastic composites - Determination of the mode II fracture resistance for unidirectionally reinforced materials using the calibrated end-loaded split (C-ELS) test and an effective crack length approach", ISO 15114:2014.
• [7] ASTM International, 2015, "Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates", ASTM E647-15.
• [8] 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.
• [9] Brunner, A. J., Stelzer, S., Pinter, G., and Terrasi, G. P., 2013, "Mode II fatigue delamination resistance of advanced fiber-reinforced polymer-matrix laminates: Towards the development of a standardized test procedure," International Journal of Fatigue, 50, pp. 57-62.
• [10] 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.
• [11] Carlsson, L. A., Adams, D. F., and Pipes, R. B., 2014, Experimental Characterization of Advanced Composite Materials, Third Edition, CRC Press, Boca Raton.
• [12] Renart, J., Vicens, J., Budhe, S., Rodríguez-Bellido, A., Comas, J., Mayugo, J. A., and Costa, J., 2016, "An automated methodology for mode II delamination tests under fatigue loading based on the real time monitoring of the specimen's compliance," International Journal of Fatigue, 82, Part 3, pp. 634-642.
• [13] Sousa, J. A., Pereira, A. B., Martins, A. P., and de Moráis, A. B., 2015, "Mode II fatigue delamination of carbon/epoxy laminates using the end-notched flexure test," Composite Structures, 134, pp. 506-512.
• [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] Czajkowska, K., 2014, "Badanie w warunkach II sposobu pękania próbek ENF wyciętych z płyty LK14-35", 16/LK/2014yTEBUK, Instytut Lotnictwa, Warszawa.