Fractography of interlaminar fracture of GF/epoxy laminates reinforced with fabrics

• Autorzy: Czarnocki P.

Warianty tytułu

PL

Analiza pęknięć międzywarstwowych w laminacie szklano-epoksydowym wzmocnionym tkaninami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fractographic examination of laminates reinforced with 2x2 twill fabric were carried out. Two reinforcement configurations relative to the global direction of delamination growth (GDDG) were considered: warp/weft tows parallel to the GDDG and warp and weft tows aligned at 45° with it. It was found that unlike for UD reinforcement, pure global Mode I and Mode II loadings resulted in local fractures typical for mixed mode I/II loading for both the global loading modes and reinforcement orientations. The possible reasons for such fractures were provided with the help of simplified qualitative stress analysis.

PL

Przedstawiono wyniki badań fraktograficznych pęknięć międzywarstwowych (delaminacji) laminatu szklano/epoksydowego, wzmocnionego tkaniną o splocie diagonalnym. Badane pęknięcia powstały w wyniku obciążania próbek belkowych w konfiguracji zdwojonej belki wysięgnikowej, powodującej I sposób pękania (ISP), oraz konfiguracji trzypunktowego zginania belki z rozdwojonym końcem, powodującej II sposób pękania (IISP). W celu jaśniejszego uzasadnienia interpretacji przedstawianych przełomów scharakteryzowano uprzednio przełomy laminatu zbrojonego jednokierunkowo, spowodowane wyłącznie I i II sposobem pękania. Istnieje szereg odnośnych publikacji i charakterystyczne cechy takich przełomów, pozwalające na pewną, jednoznaczną identyfikację sposobu pękania i związanego z nim mikromechanizmu, są dobrze udokumentowane. Wyniki badań pęknięć międzywarstwowych laminatów wzmocnionych tkaninami wykazały, że powierzchnia pęknięcia jest pofalowana, co jest wynikiem przeplotów wiązek włókien stanowiących watek i osnowę. Badania przeprowadzone za pomocą mikroskopu skaningowego wykazały, iż w przypadkach obu konfiguracji wzmocnienia i obu globalnych sposobów pękania, lokalnie, występowały przełomy, w których równolegle pojawiły się cechy charakterystyczne dla I i II sposobu pękania. Proporcje mikroprzełomów charakterystycznych dla obu sposobów pękania były różne dla różnych obszarów wiązek włókien i wiązało się to z różnicami w lokalnym ich nachyleniu w stosunku do środkowej płaszczyzny próbek, w otoczeniu której powinno istnieć jedynie naprężenie normalne lub styczne, zależnie od globalnego sposobu pękania. Na kilku przykładach zademonstrowano możliwości dedukcji lokalnego kierunku rozwoju peknięcia, wykorzystując charakterystyczne cechy pęknięć. Jakościowa analiza proporcji składowych tensora naprężenia, uwzględniająca lokalne, maksymalne zmiany nachylenia powierzchni pęknięcia, oszacowane na około 15º, dostarczyła przesłanek umożliwiających wyjaśnienie lokalnego, równoległego występowania cech I i II sposobu pękania. Stwierdzono, iż nawet niewielkie zmiany nachylenia powierzchni pęknięcia powodują pojawienie się znaczącej składowej normalnej i stycznej tensora naprężenia, co tłumaczy występowanie mieszanego sposobu pękania.

Słowa kluczowe

EN

fractography; delamination; fabric reinforced laminates

PL

fraktografia; delaminacja; laminaty wzmocnione tkaninami

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 3
• Strony: 156--161
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czarnocki P.

• Warsaw University of Technology, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] Prusow D., Matrix fractography of fibre-reinforced epoxy composites, Composites 1986, 17, 4, 289-303.
• [2] Smith B.W., Grove R.A., Determination of Crack Propagation Directions in Graphite/Epoxy Structures, In: Fractography of Modern Engineering Materials: Composites and Metals, ASTM STP 948, eds. J.E. Masters and J.J. Au, ASTM, Philadelphia 1987, 154-173.
• [3] Arcan L., Arcan M., Daniel I.M., SEM Fractography of Pure and Mixed-Mode Interlaminar Fractures in Graphite/Epoxy Composites, In: Fractography of Modern Engineering Materials: Composites and Matals, ASTM STP 948, eds. J.E. Masters and J.J. Au, ASTM, Philadelphia 1987, 41-67.
• [4] Hibbs M.F., Bradley W.L., Correlation between Micromechanical Failure process and the Delamination Toughness of Graphite/Epoxy system, In: Fractography of Modern Engineering Materials: Composites and Metals, ASTM STP 948, eds. J.E. Masters and J.J. Au, ASTM, Philadelphia 1987, 68-97.
• [5] Failure Analysis and Fractography of Polymer Composites, Greenhalgh E.S., Woodhead Publishing Ltd. 2009, 192-195.

Uwagi

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