Rheological effects in in-plane shear test and in-plane shear creep test on glass-vinyl-ester lamina

• Autorzy: Klasztorny Marian , Nycz Daniel B. , Bogusz Paweł

Warianty tytułu

PL

Efekty reologiczne w próbie ścinania oraz pełzania przy ścinaniu w płaszczyźnie laminy winyloestrowo-szklanej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research concerns an E-glass/vinyl-ester composite reinforced with a balanced orthogonal stitched fabric. According to the EN ISO 14129 standard, the in-plane shear modulus and in-plane shear strength for this composite type are identified from a ±45º off-axis tension test at the crosshead displacement rate of 2 mm/min. The study presents the results of experimental quasi-static ±45º off-axis tension tests in a small shear strain range, aimed at demonstrating that the high nonlinearity of the shear stress-shear strain curve is caused by viscoelastic flow of the resin at low levels of shear stress and by viscoelastic flow and plastic micro cracks of the resin at high levels of shear stress. The tests were conducted applying four quasi-static displacement rates. It was shown that the shear stress-strain curve course and the shear strength value strongly depend on the crosshead displacement rate. To confirm the nonlinearity explanation, a classic short-term (1 hour) in-plane shear creep test was carried out on ±45º off-axis specimens subjected to in-plane shear stress equal to 67% of the average in-plane shear strength calculated according to the EN ISO 14129 standard. The ply sequence blocking viscoelastic flow and plastic micro cracks of the resin was recommended.

PL

Przedmiotem badań jest kompozyt polimerowy winyloestrowo-szklany (szkło E) wzmocniony tkaniną zszywaną ortogonalną zrównoważoną. Zgodnie z normą PN-EN ISO 14129, moduł ścinania i wytrzymałość na ścinanie w płaszczyźnie laminy tego typu kompozytu wyznacza się z próby ścinania przez rozciąganie po kątem ±45º do kierunku wątku/osnowy, przy szybkości przemieszczenia trawersy maszyny wytrzymałościowej 2 mm/min. Przedstawiono wyniki eksperymentalnej quasi-statycznej próby ścinania przez rozciąganie po kątem ±45º do kierunku wątku/osnowy ukierunkowane na wykazanie, że silna nieliniowość wykresu naprężenie styczne-odkształcenie postaciowe jest wywołana płynięciem żywicy przy małych poziomach naprężenia stycznego oraz płynięciem i mikropęknięciami żywicy przy dużych poziomach naprężenia stycznego. Próby quasi-statyczne przeprowadzono dla czterech szybkości przemieszczeń trawersy. Wykazano, że kształt wykresu naprężenie styczne-odkształcenie postaciowe oraz wartość wytrzymałości na ścinanie w płaszczyźnie laminy silnie zależą od szybkości przemieszczenia trawersy. W celu potwierdzenia wyjaśnienia nieliniowości przeprowadzono próbę pełzania krótkotrwałego (1 godzina) przy ścinaniu w płaszczyźnie laminy na próbkach rozciąganych pozaosiowo ±45º, poddanych działaniu naprężenia stycznego w płaszczyźnie laminy równego 67% średniej wytrzymałości na ścinanie w płaszczyźnie laminy według normy PN-EN ISO 14129. Rekomendowano sekwencję warstw blokującą płynięcie lepkosprężyste i mikropęknięcia żywicy.

Słowa kluczowe

EN

fibre-reinforced polymer-matrix composite; balanced orthogonal stitched fabric; vinyl-ester resin; in-plane shear test; in-plane shear creep test; rheological effects

PL

kompozyt polimerowy wzmocniony włóknem; tkanina zszywana ortogonalna zrównoważona; próba ścinania w płaszczyźnie laminy; próba pełzania przy ścinaniu w płaszczyźnie laminy; efekt reologiczny

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 20, nr 1
• Strony: 35--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klasztorny Marian

• Military University of Technology, ul. gen. S. Kaliskiego 2, PL-00908 Warsaw, Poland

autor

Nycz Daniel B.

• Jan Grodek State University in Sanok, ul. A. Mickiewicza 21, PL-38500 Sanok, Poland

autor

Bogusz Paweł

• Military University of Technology, ul. gen. S. Kaliskiego 2, PL-00908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] ASTM D4255/D4255M-01. Standard Test Method for In-Plane Shear Properties of Polymer Matrix Composite Materials by the Rail Shear Method.
• [2] ASTM D5379/D5379M-98. Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method.
• [3] ASTM D3518/D3518M-94(2001). Standard test method for in-plane shear response of polymer matrix composite materials by tensile test of a ±45° laminate.
• [4] EN ISO 14129:1997. Fibre-reinforced plastic composites - Determination of the in-plane shear stress/shear strain response, including the in-plane shear modulus and strength, by the ±45° tension test method.
• [5] Zhou G., Davies G.A.O., Characterization of thick glass woven roving/polyester laminates: 1. Tension, compression and shear, Composites 1995, 26(8), 579-586.
• [6] Dickson T., Munro M., Selection of an in-plane shear test method based on the shear sensitivity of laminate tensile modulus, Composites 1995, 26(1), 17-24.
• [7] Herakovich C.T., Schroedter R.D., Gasser A., Guitard L., Damage evolution in [±45]s laminates with fiber rotation, Composites Science and Technology 2000, 60, 2781-2789.
• [8] Van Paepegem W., De Baere I., Degrieck J., Modelling the nonlinear shear stress-strain response of glass fibre-reinforced composites. Part I: Experimental results, Composites Science and Technology 2006, 66, 1455-1464.
• [9] Van Paepegem W., De Baere I., Degrieck J., Modelling the nonlinear shear stress-strain response of glass fibre-reinforced composites. Part II: Model development and finite element simulations, Composites Science and Technology 2006, 66, 1465-1478.
• [10] Ng W.H., Salvi A.G., Waas A.M., Characterization of the in-situ non-linear shear response of laminated fiber-reinforced composites, Composites Science and Technology 2010, 70, 1126-1134.
• [11] Liang Y., Wang H., Gu X., In-plane shear response of unidi-rectional fiber reinforced and fabric reinforced carbon/ epoxy composites, Polymer Testing 2013, 32, 594-601.
• [12] Cui H., Thomson D., Pellegrino A., Wiegand J., Petrinic N., Effect of strain rate and fibre rotation on the in-plane shear response of ±45° laminates in tension and compression tests, Composites Science and Technology 2016, 135, 106-115.
• [13] Klasztorny M., Nycz D.B., Romanowski R.K., GotowickiP., Kiczko A., Rudnik D., Effects of operating temperatureand accelerated environmental ageing on glass-vinylester composite mechanical properties, Mechanics of Composite Materials 2017, 53(3), 335-350.
• [14] Wilczynski A., Klasztorny M., Determination of complex compliances of fibrous polymeric composites, Journal of Composite Materials 2000, 34(1), 2-26.
• [15] Klasztorny M., Wilczynski A., Constitutive equations of viscoelasticity and estimation of viscoelastic parameters of unidirectional fibrous polymeric composites, Journal of Composite Materials 2000, 34(19), 1624-1639.
• [16] Klasztorny M., Constitutive modelling of resins in compliance domain, Mechanics of Composite Materials 2004, 40(4), 349-358.
• [17] Klasztorny M., Constitutive modelling of resins in stiffness domain, Mechanics of Composite Materials 2004, 40(5), 443-452.
• [18] Spathis G., Kontou E., Creep failure time prediction of polymers and polymer composites, Composites Science and Technology 2012, 72, 959-964.
• [19] Polimal VE-11M Resin. Technical Information, CIECH Sarzyna, Nowa Sarzyna, Poland 2017.
• [20] Jones R.M., Mechanics of Composite Materials, 2nd edn, Taylor & Francis, London 1999.
• [21] Klasztorny M., Strength of Materials, DWE Press, Wroclaw 2014 (in Polish).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).