Low-energy impact issues in GLARE laminates

• Autorzy: Bieniaś J. , Jakubczak P. , Surowska B.

Warianty tytułu

PL

Problematyka obciążeń dynamicznych o niskiej energii laminatów typu GLARE

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the study is to present low-energy and low-velocity impact issues of hybrid laminates based on aluminium alloys connected with glass/epoxy composite (GLARE type) composites and conventional glass fibre reinforced polymer (GFRP) used in aerospace. The tested laminates were prepared by means of the autoclave method. Their reaction to low-velocity impact was analyzed using a hemispherical impactor (diameter 38.1 mm). The laminates were characterized in terms of damage size and failure mechanisms after impact with different energy levels (1.5 and 2.5 J). After the impact tests, the failure was evaluated using ultrasonic, microtomography and microscopic methods in order to determine the nature of internal degradation of the structure. It was noted that low-energy impact phenomena are of importance in aerospace materials. They cause barely visible impact damage to composite materials. However, the used FML are innovative materials characterized by higher low-velocity impact resistance because of the superior properties of both metals and fibrous composite materials with a strong adhesion bonding. The damage of GLARE laminates is much less than in polymer composites. Some transverse cracks and micro-delamination between the composite layers and in the adhesive layer are the major failure types in GLARE laminates as a result of low-energy impact.

PL

Praca przedstawia problematykę uderzeń dynamicznych o niskich energiach i niskich prędkościach hybrydowych laminatów metalowo-włóknistych na bazie stopu aluminium i kompozytu epoksydowo-szklanego (laminat typu GLARE) oraz klasycznych kompozytów epoksydowo-szklanych stosowanych w lotnictwie. Badane laminaty zostały wytworzone metodą autoklawową. Ocenie została poddana odpowiedź laminatów GLARE i GFRP na obciążenia dynamiczne o niskich prędkościach z wykorzystaniem sferycznego wgłębnika o średnicy 38,1 mm. Laminaty oceniano pod względem rozmiaru uszkodzenia i charakteru zniszczenia na skutek obciążeń dynamicznych o różnej energii (1,5 oraz 2,5 J). Wykorzystano nieniszczące metody badań materiałów (m.in. metody ultradźwiękowe, mikrotomografię komputerową, mikroskopię optyczną). Zauważono, że zjawisko obciążeń dynamicznych o niskich prędkościach i niskich energiach ma duże znaczenie w technice lotniczej. Powoduje niewidoczną makroskopowo degradację wewnętrzną struktury materiałów kompozytowych. Podstawowym rodzajem uszkodzenia laminatów GFRP są delaminacje międzywarstwowe. Wykorzystanie laminatów typu GLARE® znacznie ogranicza propagacje uszkodzeń na skutek obciążań dynamicznych w stosunku do materiałów kompozytowych. Dominującym mechanizmem zniszczenia laminatów typu GLARE® po obciążeniach dynamicznych o niskich energiach są pęknięcia poprzeczne osnowy.

Słowa kluczowe

EN

GLARE laminates; low-energy impact; non-destructive testing; failure

PL

laminaty typu GLARE ®; uderzenia dynamiczne o niskich energiach; badania nieniszczące; uszkodzenie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 3
• Strony: 165--169
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Bieniaś J.

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

autor

Jakubczak P.

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

autor

Surowska B.

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

Bibliografia

• [1] Vlot A., Gunnink J.W., Fibre Metal Laminates, an Introduction, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.Boston.London 2001.
• [2] Wu G.G., Yang J..M., The mechanical behaviour of glare laminates for aircraft structures, JOM 2005, 75, 72-79.
• [3] Caprino G., Spatarob G., Del Luongo S., Low.velocity impact behaviour of fibre glass.aluminium laminates, Composites 2004, Part A, 35, 605-616.
• [4] Vogelesang L.B., Vlot A., Development of fibre metal laminates for advanced aerospace structures, J. Mater. Process. Tech. 2000, 103, 1-5.
• [5] Sohn M.S., Hua X.Z., Kimb J.K., Walker L., Impact damage characterization of carbon fibre/epoxy composites with multi.layer reinforcement, Composites Part B.Eng. 2000, 31, 681-691.
• [6] ASTM D7136, Standard Test Method for Measuring the Damage Resistance of a Fibre.Reinforced.Polymer Matrix Composites to a Drop.Weight Impact Event, Book of Standards, Volume 15.03. (2005).
• [7] Lia C.F., Hub N., Yina Y.J., Sekinec H., Fukunaga H., Low velocity impact. induced damage of continuous fibre reinforced composite laminates. Part I. An FEM numerical model, Composites Part A 2002, 33, 1055-1062.
• [8] Sadighi M., Alderliesten R.C., Benedictus R., Impact resistance of fibre.metal laminates: A review, Int. J. Impact Engng 2012, 49, 77-90.
• [9] Hosseinzadeh R., Shokrieh M.M., Lessard L., Damage behaviour of fibre reinforced composite plates subjected to drop weight impacts, Composites Science and Technology 2006, 66, 61-68.
• [10] Pearson M.R., Eaton M.J., Featherston C.A., Holford K.M., Pullin R., Impact damage detection and assessment in com.posite panels using macro fibre composites transducers, Journal of Physics 2011, Conference Series 305.
• [11] Davies G.A.O., Zhang X., Impact damage prediction in carbon composite structures. International, Journal of Impact Engineering 1994, 16, 1, 149-170.
• [12] Nakatani H., Kosaka T., Osaka K., Sawada Y., Damage characterization of titanium/GFRP hybrid laminates subjected to low.velocity impact, Composites Part A 2011, 42, 772-781.
• [13] Liaw B.M., Liu Y.X., Villars E.A., Impact damage mechanisms in fibre.metal laminates, Proceedings of the SEM Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics, June 4.6, Portland, Oregon 2001.
• [14] Abrate S., Impact on Composite Structures, Chaper 4, Low velocity impact damage, Cambridge University Press 1998, 135-160.
• [15] Richardson M.O.W., Wisheart M.J., Review of low.velocity impact properties of composite materials, Composites Part A 1996, 27A, 1123-1131.