Effect of heating and cooling of aluminium-based fibre-metal laminates on their tensile strength

• Autorzy: Boczar Kamil , Wasłowicz Karol , Kubit Andrzej , Chodorowska Dorota , Fejkiel Romuald

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2023.15

Warianty tytułu

PL

Wpływ nagrzewania i chłodzenia laminatów metalowo-włóknistych na bazie blachy aluminiowej na ich właściwości wytrzymałościowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The widespread use of composite materials in the construction of machines encourages to better understand their properties and the impact of various external factors on these properties. Fibre metal laminates (FMLs) consist of alternating layers of metal and a polymer matrix laminate reinforced with continuous fibres. The aim of this work was to investigate the effect of cyclical temperature changes and thermal shocks (heating the sample to a high temperature in a short time) on the strength properties of FMLs from AW-1050A aluminium sheet, glass fibre fabric and carbon fibre fabric. The research concerns the determination of how cyclical temperature changes affect the tensile strengths properties of FMLs. The results indicate a small effect of the cycles on the tensile strength of the composites. The composites with glass fibre reinforced laminate also showed high resistance to delamination, moreover, the samples did not delaminate even after they were broken. The carbon fibre reinforced laminate composites showed a tendency to delaminate after heat treatment.

PL

Coraz powszechniejsze zastosowanie materiałów kompozytowych w konstrukcji maszyn skłania do podejmowania działań mających na celu lepsze poznanie ich właściwości, oraz wpływu różnych czynników zewnętrznych na te właściwości. Kompozyty metalowo-włókniste (ang. Fibre Metal Laminates) składają się z naprzemiennie ułożonych warstw metalu oraz laminatu o osnowie polimerowej wzmacnianego włóknami ciągłymi. Celem pracy było zbadanie wpływu cyklicznych zmian temperatury oraz szoków termicznych (nagrzanie próbki do wysokiej temperatury w krótkim czasie) na właściwości wytrzymałościowe laminatów metalowo-włóknistych wykonanych na bazie blachy aluminiowej AW-1050A pokrytej jednostronnie laminatem wzmocnionym włóknemszklanym lub włóknem węglowym. Badania dotyczyły ustalenia jak zmiany temperatury, w tym przede wszystkim zmiany cykliczne, wpływają na właściwości wytrzymałościowe laminatów. Wyniki wykazały mały wpływ liczby cykli obciążeń cieplnych na wytrzymałość kompozytów na rozciąganie. Laminaty wzmocnione włóknem węglowym wykazywały tendencję do rozwarstwienia.

Słowa kluczowe

EN

fibre metal laminates; FML; mechanical properties; tensile strength; thermal shocks

PL

kompozyty metalowo-włókniste; FML; właściwości mechaniczne; wytrzymałość na rozciąganie; szoki termiczne

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Advances in Mechanical and Materials Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 149--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Boczar Kamil

• Nowy Styl sp. z o.o., Krosno

autor

Wasłowicz Karol

• Eba Sp. z o.o. Artykuły Metalowe, Krosno

autor

Kubit Andrzej

• Department of Manufacturing Processes and Production Engineering, Rzeszow University of Technology

autor

Chodorowska Dorota

• Department of Mechanics and Machine Building, The State Academy of Applied Sciences, Krosno

autor

Fejkiel Romuald

• Department of Mechanics and Machine Building, The State Academy of Applied Sciences, Krosno

Bibliografia

• 1. Alderiesten, A. (2019). Fatigue in fibre metal laminates: The interplay between fatigue in metals and fatigue in composites. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 42(11), 2414-2421. https://doi.org/10.1111/ffe.12995
• 2. AW-1050A. (2023). Retrieved from https://www.kronosedm.pl/aluminium-a1-aw-1050a/
• 3. Bieniaś, J. (2018). Kształtowanie stanu powierzchni rozdziału metal-kompozyt w laminatach metalowo-włóknistych z włóknami węglowymi. Politechnika Lubelska.
• 4. Chandrasekar, M., Ishak, M.R., Jawaid, M., Leman, Z., & Sapuan, S.M. (2017). An experimental review on the mechanical properties and hygrothermal behaviour of fibre metal laminates. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 36(1), 72-82. https://doi.org/10.1177/0731684416668260
• 5. Chen, Y., Yang, Y., Wang, Z., Wang, H., Li, J., & Hua, L. (2023). Accurate simulation on the forming and failure processes of fiber metal laminates: A review. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, 6(3), 344-356. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2023.02.003
• 6. Costa, R.D.F.S., Sales-Contini, R.C.M., Silva, F.J.G., Sebbe, N., & Jesus, A.M.P. A. (2023). Critical Review on Fiber Metal Laminates (FML): From Manufacturing to Sustainable Processing. Metals, 13, 638. https://doi.org/10.3390/met13040638
• 7. Dobrzanski, L.A. (2016). Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
• 8. Etri, H.E., Korkmaz, M.E., Gupta, M.K., Gunay, M., & Xu, J. (2022). A state-of-the-art review on mechanical characteristics of different fiber metal laminates for aerospace and structural applications. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 123, 2965–2991. https://doi.org/10.1007/s00170-022-10277-1
• 9. Fontes, A., & Shadmehri, F. (2023). Data-driven failure prediction of Fiber-Reinforced Polymer composite materials. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 120, 105834. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2023.105834
• 10. Hamill, L., Hofann, D.C., & Nutt, S. (2018). Galvanic Corrosion and Mechanical Behavior of Fiber Metal Laminates of Metallic Glass and Carbon Fiber Composites. Advanced Engineering Materials, 20(2), 1700711. https://doi.org/10.1002/adem.201700711
• 11. Kabir, S., Shahed, C.A., Ador M.S.H., Choudhyry, I.A., & Ahmad, F. (2023). Review of the developments in composite materials over the last 15 years. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-96020-5.00044-3
• 12. Kalfountzos, C.D., Bikakis, G.S.E., & Theotokoglou, E.E. (2022). Postbuckling and secondary buckling of rectangular fiber-metal laminates and glass-fiber reinforced composites under uniaxial compression. Engineering Structures, 267, 114663. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114663
• 13. Kumar, K.A., Prabu, R., & Arulraj, R. (2022). Development and characterization of fiber metal laminates (FML) using aluminium and Kevlar fibre for automobile applications. AIP Conference Proceedings 2413(1), 050002. https://doi.org/10.1063/5.0091668
• 14. Kumaran, D., Antony, J.M.; Lokeshwaran, G., Srinivasan, P.S., Vigneshwar, S.R.M., Ramnath, B.V., & Kumar, R.S. (2023). Investigation of flexural, inter delamination and impact behaviour of fiber metal laminate composite. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.05.624
• 15. Li, K., Qin, Q., Cui, T., Han, Q., Peng, J., Sha, Z., & Zhang, W. (2023). Soft impact of GLARE fiber metal laminates. International Journal of Impact Engineering, 178, 104607. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2023.104607
• 16. Mohammad-Zaheri, F., Mohammadi, B., & Taheri-Behrooz, F. (2023). Prediction of stress distribution and stiffness degradation in fiber metal laminates containing matrix cracking. Composite Structures, 311, 116820. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.116820
• 17. Pai, A., Kini, C.R. Hegde, S., & Satish, S.B. (2023). Thin fiber metal laminates comprising functionally graded ballistic-grade fabrics exposed to mechanical and damping characterization. Thin-Walled Structures, 185, 110628. https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.110628
• 18. Raheem, A., & Subbaya, K.M. (2023). Performance evaluation of hybrid polymer composite materials in marine applications: A review. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.01.346
• 19. Sarfraz, M.S., Hong, H., & Kim, S.S. (2021). Recent developments in the manufacturing technologies of composite components and their cost-effectiveness in the automotive industry: A review study. Composite Structures, 266, 113864. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113864
• 20. Sun, J., Xu, S., Lu, G., Ruan, D., & Wang, Q. (2023). Mechanical response of fibre metal laminates (FMLs) under low to intermediate strain rate tension. Composite Structures, 305, 116493. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116493
• 21. Verma, E., Gajera, H., Ramani, D., Bist, N., Sircar, A. (2022). Corrosion in the light of electrochemistry. Materials Today: Proceedings, 62, 7057-7061. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.01.138
• 22. Vieira, L.M.G., Dobah, Y., dos Santos, J.C., Panzera, T.H., Campos Rubio, J.C., & Scarpa, F. (2022). Impact Properties of Novel Natural Fibre Metal Laminated Composite Materials. Applied Sciences, 12, 1869. https://doi.org/10.3390/app12041869
• 23. Yelamanchi, B., MacDonald, E., Gonzalez-Canche, N.G., Carrillo, J.G., & Cortes, P. (2020). The Mechanical Properties of Fiber Metal Laminates Based on 3D Printed Composites. Materials, 13, 5264. https://doi.org/10.3390/ma13225264

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).