Analysis of load-displacement curves and energy absorption relations of selected fibre metal laminates subjected to low-velocity impact

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

Warianty tytułu

PL

Analiza wykresów siła-przemieszczenie oraz relacji absorbowanej energii przez wybrane laminaty metalowo-włókniste poddane uderzeniu z niską prędkością

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The goal of this paper is to analyse damage in Fibre Metal Laminates, containing glass and carbon fibre reinforced composites, subjected to low-velocity impact. The analysis is based on the assessment of force-displacement characteristics in the aspect of energy absorption connected with initiation and damage propagation in the examined laminate. On the basis of experimental research and result analysis, it may be stated that: (1) Fibre Metal Laminates with glass and carbon fibres are characterized by higher impact resistance in comparison to classic composite structures. This assumption is proved by higher maximum load levels, as well as by higher aggregate absorbed impact energy. Moreover, the aluminium layers can have a protective function as they absorb a significant amount of dynamic impact energy and lower the scope of damage in the laminate. (2) Fibre Metal Laminates with carbon fibres show greater susceptibility to damage resulting from dynamic impact than laminates with glass fibres. The main factors influencing the impact resistance of the examined materials are the properties of particular components, especially the composite reinforcing fibres. Carbon fibres show a relatively small deformation range until failureand are brittle in comprison to glass ones, which raises their susceptibility to damage resulting from dynamic impact. (3) Force-displacement (F-d) analysis, aggregate absorbed impact energy (Ea) as well as initiation energy (Ei) and damage propagation (Ep) may represent some of the more vital criteria of composite materials assessment in terms of their resistance to low-velocity impact.

PL

Prezentowana praca ma na celu analizę zniszczenia laminatów metalowo-włóknistych zawierających kompozyt wzmacniany włóknem szklanym i węglowym poddanych uderzeniom dynamicznym poprzez ocenę charakterystyk siła-przemieszczenie w aspekcie absorbowanej energii związanej z inicjacją i propagacją zniszczenia lamiantu. Na podstawie badań eksperymentalnych oraz analizy wyników można stwierdzić że: (1) Laminaty metalowo-włókniste z włóknami szklanymi i węglowymi odznaczają się wyższą odpornością na uderzenia dynamiczne w porównaniu do klasycznych struktur kompozytowych. Świadczą o tym wyższe poziomy maksymalnego obciążenia oraz sumarycznej zaabsorbowanej energii uderzenia. Ponadto warstwy aluminium mogą pełnić rolę ochronną absorbując w znacznym stopniu energię uderzenia dynamicznego i zmniejszając ogólny poziom zniszczenia laminatu. (2) Większą podatność na zniszczenie poprzez uderzenia dynamiczne wykazują laminaty metalowo-włókniste z włóknami węglowymi w porównaniu do laminatów z włóknami szklanymi. Decydującym czynnikiem o odporności na uderzenie badanych materiałów jest charakterystyka poszczególnych komponentów, w szczególności włókien wzmacniających kompozyt. Włókna węglowe wykazują stosunkowo małe odkształcenie do zniszczenia i są kruche w porównaniu do szklanych, co zwiększa ich podatności na zniszczenie poprzez uderzenia dynamiczne (3) Analiza krzywych siła-przemieszczenia (F-d), sumaryczna zaab-sorbowana energia uderzenia (Ea) oraz energia inicjacji (Ei) i propagacji (Ep) zniszczenia mogą stanowić jedno z istotnych kryteriów oceny odporności materiałów kompozytowych na uderzenia dynamiczne o niskich prędkościach.

Słowa kluczowe

EN

fibre metal laminates; impact; impact energy; damage

PL

laminaty metalowo-włókniste; uderzenia dynamiczne; energia uderzenia; zniszczenie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 3
• Strony: 123--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Jakubczak P.

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

autor

Bieniaś J.

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

autor

Surowska B.

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

Bibliografia

• [1] Vlot A., Gunnink J.W., Fiber Metal Laminates, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 2001.
• [2] Alderliesten R.C., Homan J.J., Fatigue and damage tolerance issues of Glare in aircraft structures, International Journal of Fatigue 2006, 28, 10, 1116-1123.
• [3] Vogelesang L.B., Vlot A., Development of fiber metal laminates for advanced aerospace structures, Journal of Materials Processing Technology 2000, 103, 1, 1-5.
• [4] Ardakani M.A., Khatibi A.A., Ghazavi S.A., A study on the manufacturing of glass-fiber-reinforced aluminum laminates and the effect of interfacial adhesive bonding on the impact behavior, Proceedings of the XIth International Congress and Exposition, June 2-5, Orlando, Florida USA, 2008.
• [5] Sohn M.S., Hu X.Z., Kim J.K., Walker L., Impact damage characterisation of carbon fibre/epoxy composites with multi-layer reinforcement, Composites 2000, Part B, 31, 681-691.
• [6] Richardson M.O.W., Wisheart M. J., Review of low-velocity impact properties of composite materials, Composites Purr 1996, A 27A, 1123-1131.
• [7] Hyla I., Lizurek A., Zastosowanie badań dynamicznych do analizy mechanizmu pękania udarowego kompozytów warstwowych, Kompozyty (Composites) 2002, 5(2), 374-377.
• [8] Bieniaś J., Fiber Metal Laminates - some aspects of manufacturing process, structure and selected properties, Composites 2011, 11(1), 39-43.
• [9] ASTM D7136, Standard test metod for measuring the damage resistance of a fiber reinforced-polymer matrix composites to a drop-weight impact event, Book of Standards, Volume 15.03, 2005.
• [10] Atas C., Sayman O., An overall view on impact response of woven fabric composite plates, Composite Structures 2008, 82, 336-345.
• [11] Beaumont P.W.R., Riewald P.G., Zweben C., Methods for Improving the Impact Resistance of Composite Materials, in Foreign Object Impact Damage to Composites, ASTM STP 568, American Society for Testing and Materials, 1974, 134-158.
• [12] Liu Y.X., Liaw B.M., Drop-Weight Impact on Fiber-Metal Laminates Using Various Indenters, Proceedings of the SEM X International Congress & Exposition on Experimental and Applied Mechanics, Costa Mesa, CA, June 7-10, 2004.
• [13] Nakatani H., Kosaka T., Osaka K., Sawada Y., Damage characterization of titanium/GFRP hybrid laminates subjected to low-velocity impact, Composites Part A-Appl S., 42, 2011, 772-781.