Influence of the Spatial Structure of Carbon Fibres on the Strength Properties of a Carbon Composite

• Autorzy: Juraszek Janusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.0750

Warianty tytułu

PL

Wpływ przestrzennej struktury włókien węglowych na własności wytrzymałościowe kompozytu węglowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Advanced lightweight materials such as laminated composites with carbon fibres, cylindrical shells and laminated plates are used in modern civil engineering structures, such as wind power stations, as well as in the defence and automotive industries. This encourages the search for new composite structures characterised by adequately high durability and lightness. This paper determined the strains and displacements of composite specimens reinforced with carbon fibre using an innovative strain measurement method based on the fibre Bragg grating. The results of theoretical analyses were also compared using classical laminating theory and the FEM numerical method with the results of practical tests, which were carried out using the 4-point bending test, characterised by a constant bending moment between the supports and the considerable impact of shearing forces. The actual, highest values of normal stresses that the carbon fibre reinforced sample could transfer were determined. The results obtained may be useful in the design of critically stressed engineering elements, for example, civil structures.

PL

Nowoczesne lekkie materiały takie jak laminaty kompozytowe z włóknami węglowymi w powłokach cylidrycznych, płytach są stosowane w budownictwie w elektrowniach wiatrowych, przemyśle militarnym i samochodowym. Wymusza to ciągłe poszukiwanie nowych struktur kompozytowych charakteryzujących się odpowiednio dużą wytrzymałością a zarazem lekkością. W pracy przedstawiono analizę wpływu przestrzennego ułożenia wysokowytrzymałych warstw włókien węglowych na parametry wytrzymałościowe kompozytów zbudowanych na bazie tych włókien. Analizowano próbki zbrojone (wzmacniane) wysoko wytrzymałościowymi włóknami węglowymi w jednym kierunku, w dwóch ortogonalnych kierunkach oraz w dwóch kierunkach, ale obróconych względem osi próbki o 45 stopni dla 3 różnych zawartości włókien wynoszących 38, 51 i 68% udziału w kompozycie. Przedstawione udziały objętościowe włókna odpowiadały liczbie warstw włókna węglowego odpowiednio 5, 7 i 10 warstw. Badania przeprowadzono za pomocą próby zginania 4 punktowego, charakteryzującej się stałym momentem gnącym miedzy podporami i dużym udziałem sił tnących. Wyznaczono rzeczywiste największe wartości naprężeń normalnych, jakie może przenieść próbka wzmocniona włókami węglowymi. Wyznaczone wartości eksperymentalne odniesiono do wartości teoretycznych. Otrzymane wartości mogą być przydatne przy projektowaniu elementów inżynierskich przykładowo obiektów budowlanych.

Słowa kluczowe

EN

carbon fibres; laminate composite; strength; FEM analysis

PL

włókna węglowe; laminat kompozytowy; wytrzymałość; analiza FEM

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 27, no. 3 (135)
• Strony: 111--115
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Juraszek Janusz

• University of Bielsko-Biała, Faculty of Materials, Civil and Environmental Engineering Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała

Bibliografia

• 1. Tehrani M, Boroujeni AY, Hartman TB, Haugh TP, Case SW, Al-Haik MS. Mechanical characterization and impact damage assessment of a woven carbon fiber reinforced carbon nanotube – epoxy composite. Compos Sci Technol 2013; 75: 42-8. http://dx.doi.org/10.1016/j. compscitech.2012.12.005.
• 2. Soutis C. Carbon fiber reinforced plastics in aircraft construction. Mater Sci Eng A 2005; 412: 171-6. http://dx.doi. org/10.1016/j.msea.2005.08.064.
• 3. Penn L, Wang H. Epoxy resins. In: Peters ST, editor. Handbook composites 2nd ed. Boston (MA): Springer; 1998. p. 48-74. http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4615-6389-1.
• 4. Graham-Jones J, Summerscales J. Marine applications of advanced fibre-reinforced composites. Amsterdam: Elsevier Ltd.; 2016.
• 5. Figliolini AM, Carlsson LA. Mechanical properties of carbon fiber/vinylester compositesexposed to marine environments. Polym Compos 2014; 35: 1559- 69. http://dx.doi.org/10.1002/pc.22809.
• 6. Brøndsted P, Lilholt H, Lystrup A. Composite materials for wind power turbineblades. Annu Rev Mater Res 2005; 35: 505-38. http://dx.doi.org/10.1146/annurev.matsci.35.100303.110641.
• 7. Rafique I, Kausar A, Muhammad B. Epoxy resin composite reinforced with carbonfiber and inorganic filler: overview on preparation and properties. Polym PlastTechnol Eng 2016; 55: 1653-72. http://dx.doi.org/10.1080/03602559.201 6.1163597.
• 8. Guo H, Huang Y, Liu L, Shi X. Effect of epoxy coatings on carbon fibers duringmanufacture of carbon fiber reinforced resin matrix composites. Mater Des 2010;31:1186-90. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2009.09.034.
• 9. Zhang K, Gu Y, Li M, Zhang Z. Effect of rapid curing process on the properties ofcarbon fiber/epoxy composite fabricated using vacuum assisted resin infusionmolding. Mater Des 2014; 54: 624-31. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2013.08.065.
• 10. Pieklak K, Mikołajczyk Z. Strength Tests of 3D Warp-Knitted Composites with the Use of the Thermovision Technique. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2011, 19, 5 (88): 100-105.
• 11. Juraszek J. Strain and force measurement in wire guide. Archives of MIning Sciences 2018; 63, No. 3: 583-597.
• 12. Toho product specification. http://www.tohotenax.com/products/tenax/carbon-fiber.
• 13. Juraszek J., Hoisting machine brake linkage strain analysis, Archives of Mining Science 63, 2018, 3,583-597.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).