Penetration resistance of composite structures with impact damages

• Autorzy: Katunin A. , Tyczka M.

Warianty tytułu

PL

Odporność penetracyjna struktur kompozytowych z uszkodzeniami udarowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The increasing applicability of structures made of polymer composites in industrial applications requires the investigation of strength parameters of these materials as well as the damage and fracture mechanisms invarious conditions. In spite of excellent mechanical properties of such materials, they are characterized by low resistance to impact loading. During such loading these structures are subjected to serious damages, which are often invisible during the inspection of surface, and may propagate intensively until failure. The key importance of impact damages have the composite structures, which are used in marine applications, especially in modern small yachts and boats, where the polymer composites is the fundamental construction material. In the presented study the authors investigate the influence of hydrostatic pressure on the penetration resistance of composite structures after impact loading. The laboratory tests were carried out for a representative group of composite plates. Obtained results confirm that the low-velocity impact loading, even with small impact energy, may cause serious damages and initiate leakages in the composite hulls.

PL

Wzrastająca stosowalność struktur wykonanych z kompozytów polimerowych w aplikacjach przemysłowych wymaga zbadania właściwości wytrzymałościowych tych materiałów oraz mechanizmów uszkadzania i pękania w różnych warunkach. Pomimo wyjątkowych właściwości mechanicznych charakteryzują się one niską odpornością na oddziaływania udarowe. Podczas takich oddziaływań te struktury są narażone na poważne uszkodzenia, które często są niewidoczne podczas inspekcji powierzchni i mogą intensywnie propagować, doprowadzając do zniszczenia. Wiedza o uszkodzeniach udarowych w strukturach kompozytowych ma szczególne znaczenie dla struktur stosowanych w aplikacjach okrętowych, w szczególności we współczesnych jachtach i łodziach, gdzie kompozyty polimerowe stanowią podstawowy materiał konstrukcyjny. W niniejszym opracowaniu autorzy zbadali wpływ ciśnienia hydrostatycznego na odporność penetracyjną struktur kompozytowych po oddziaływaniu udarowym. Testy laboratoryjne przeprowadzone zostały dla reprezentatywnej grupy płyt kompozytowych. Otrzymane wyniki po-twierdziły, że oddziaływania udarowe o małej prędkości, nawet z małą energią uderzenia, mogą spowodować poważne uszkodzenia i doprowadzić do przecieków w kadłubach kompozytowych.

Słowa kluczowe

EN

composite structures; impact damage; penetration resistance; water leakage test

PL

struktury kompozytowe; uszkodzenie udarowe; odporność penetracyjna; test wycieku wody

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 21, nr 52
• Strony: 101--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz.

Twórcy

autor

Katunin A.

• Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology

autor

Tyczka M.

• Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology

Bibliografia

• 1.Klimke J., Rothmann D.: Carbon composite materials in modern yacht building. “Reinforced Plastics” 2010, Vol. 54, p. 24 - 27.
• 2.Stenius I, Rosén A., Kuttenkeuler J.: On structural design of energy efficient small high-speed craft. “Marine Structures” 2011, Vol. 24, p. 43 - 59.
• 3.Skórski W.: Maszty kompozytowe – wdrażanie nowej technologii. „Przegląd Mechaniczny” 2001, vol. 60, s.9-12.
• 4.Chiliński B., Markuszewski D.: Określanie cech konstrukcyjnych masztów kompozytowych stosowanych w jachtach żaglowych. „Przegląd Mechaniczny” 2013, vol. 72, p. 37 - 39.
• 5.Mouritza A.P., Gellertb E., Burchillb P., Challisb K.: Review of advanced composite structures for naval ships and submarines. “Composite Structures” 2001, Vol. 53, p. 21 - 42.
• 6.Mouritz A.P.: The damage to stitched GRP laminates by underwater explosion shock loading. “Composites Science and Technology” 1995, Vol. 55, p. 365 – 374. 7.Raišutis R., Kažys R., Žukauskas E., Mažeika L.: Ultrasonic air-coupled testing of square-shape CFRP compo-site rods by means of guided waves. “NDT&E International” 2011, Vol. 44, p. 645 - 654.
• 7.Raišutis R., Kažys R., Žukauskas E., Mažeika L.: Ultrasonic air-coupled testing of square-shape CFRP compo-site rods by means of guided waves. “NDT&E International” 2011, Vol. 44, p. 645 - 654.
• 8.Montanini R., Freni F.: Non-destructive evaluation of thick glass fiber-reinforced composites by means of optically excited lock-in thermography. “Composites: Part A” 2012, Vol. 43, p. 2075 - 2082.
• 9.Suratkar A., Sajjadi A.Y., Mitra K.: Non-destructive evaluation (NDE) of composites for marine structures: detecting flaws using infrared thermography (IRT. In: Non-Destructive Evaluation (NDE) of Polymer Matrix Composites, Karbhari V.M., Ed., Woodhead Publishing, Cambridge 2013, p. 649 - 667.
• 10.Stenius I., Rosén A., Battley M., Allen T.: Experimental hydroelastic characterization of slamming loaded marine panels. “Ocean Engineering” 2013, Vol. 74, p. 1 - 15.
• 11.Barcikowski M.: Wpływ materiałów i struktury laminatów poliestrowo-szklanych na ich odporność na udar balistyczny. PhD Thesis, Szczecin 2012.
• 12.Królikowski W.: Einige Eigenschaften der mischverstarkten Polyester-Konstruktionsplatten, besonders bei Zug- und Kugelschlag-Beanspruchung. I Internationale Tagung uber Glasfaserverstakte Kunststoffe und Epoxydharze 22-27.03.1965 Berlin-Adlershof, E 4/1-E 4/12.
• 13.Gibbs & Cox, Inc. Naval Architects and Marine Engineers, Marine design manual for fiberglass reinforced plastics. McGraw-Hill, New York, 1960.
• 14.Pan C., Shen L., Shang S., Xing Y.: Preparation of super hydrophobic and UV blocking cotton fabric via sol-gel method and self-assembly. “Applied Surface Science”2012, Vol. 259, p. 110 - 117.
• 15.Yin Y., Wang C.: Water-repellent functional coatings through hybrid SiO2/HTEOS/CPTS sol on the surfaces of cellulose fibers. “Colloids and Surfaces A” 2013, Vol. 417, p. 120 - 125.
• 16.Vo L.T.T., Široká B., Manian A.P., Duelli H., MacNaughtan B., Noisternig M.F., Griesser U.J., Bechtold T.: All-cellulose composites from woven fabrics. “Composites Science and Technology” 2013, Vol. 78, p. 30 - 40.
• 17.Standard PN-EN 20811:1997. Tekstylia – Wyznaczanie wodoszczelności – Metoda ciśnienia hydrostatycznego.
• 18.Katunin A., Sznura M.: Stanowisko badawcze do kontrolowanych testów udarowych płyt kompozytowych. „Aparatura Badawcza i Dydaktyczna” 2013, Vol. 18, s. 297 - 302.
• 19.Katunin A., Zuba M.: Influence of the impactor geometry on the damage character in composite structures. “Modelowanie Inżynierskie” 2013, nr 49, t. 18, p. 33 - 39.
• 20.Owen H., Houzeaux G., Samaniego C., Lesage A.C., Vázquez M.: Recent ship hydrodynamics developments in the parallel two-fluid flow solver Alya. “Computers& Fluids” 2013, Vol. 80, p. 168 - 177.
• 21.Lee M.C.W., Payne R.M., Kelly D.W., Thomson R.S.: Determination of robustness for a stiffened composite structure using stochastic analysis. “Composite Structures” 2008, Vol. 86, p. 78 - 84.
• 22.Chirica I., Musat S.D., Chirica R., Beznea E.F.: Torsional behaviour of the ship hull composite model. “Computational Materials Science” 2011, Vol. 50, p. 1381-1386.
• 23.Landowski M., Budzik M., Imielińska K.: Water sorption and blistering of GFRP laminates with varying structures. “Advances in Materials Science” 2013, Vol. 12, p. 23 - 29.
• 24.Mouritz A.P., Thomson R.S.: Compression, flexure and shear properties of a sandwich composite containing defects. “Composite Structures” 1999, Vol. 44, p. 263 - 278.
• 25.Capello F., Mancuso A.: Lay-up optimization for the hull of a racing sailing yacht. “Advances in Engineering Software” 2001, Vol. 32, p. 133 - 139.
• 26.Kumar S.S., Milwich M., Deopura B.L., Plank H.: Finite element analysis of carbon composite sandwich material with agglomerated cork core. “Procedia Engineering”2011, Vol. 10, p. 478 - 483.
• 27.Hossain M.K., Chowdhury M.M.R., Imran K.A., Salam M.B., Tauhid A., Hosur M., Jeelani S.: Effect of low velocity impact responses on durability of conventional and nanophased CFRP composites exposed to seawater. “Polymer Degradation and Stability” 2014, Vol. 99, p. 180 - 189.
• 28.Sutherland L.S., Guedes Soares C.: Impact behaviourof typical marine composite laminates. “Composites: Part B” 2006, Vol. 37, p. 89 - 100.
• 29.Sutherland L.S., Guedes Soares C.: The use of quasi-static testing to obtain the low-velocity impact damage resistance in marine GRP laminates. “Composites: Part B” 2012, Vol. 43, p. 1459 - 1467.
• 30.Panciroli R., Abrate S., Minak G.: Dynamic response of flexible wedges entering the water. “Composite Structures” 2013, Vol. 99, p. 163 - 171.