Degradacja właściwości wytrzymałościowych kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami węglowymi pod wpływem obciążeń dynamicznych

• Autorzy: Rodzewicz M. , Boczkowska A. , Awietjan S.F. , Kurzydłowski K.J.

Warianty tytułu

EN

Degradation of mechanical properties of carbon fibre reinforced composites under dynamic loads

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań były kompozyty epoksydowe wzmacniane rovingiem węglowym o ułożeniu jednokierunkowym. Do badań udarnościowych zastosowano metodę Charpy'ego. Przeprowadzono badania ultradźwiękowe z użyciem defektoskopu cyfrowego sprzężonego z komputerem. Udarowe obciążenia poprzeczne spowodowały znaczne różnice w obrazach skanów ultradźwiękowych pomiędzy stanem wyjściowym a końcowym testów. Zależność wytrzymałości resztkowej od energii uderzenia nie wykazuje charakterystyki liniowej, występuje wartość progowa energii. Poza tą granicą obserwuje się szybki spadek wytrzymałości resztkowej CFRP. Największy spadek wytrzymałości resztkowej zaobserwowano w dolnym zakresie przedziału gęstości energii poniżej 0,04 J/mm2 (przy końcu tego zakresu wytrzymałość była 2 razy niższa od uzyskanej w statycznej próbie ściskania kompozytu). Ustalono optymalny stopień zbrojenia kompozytu CFRP zarówno ze względu na statyczną próbę ściskania, jak i ze względu na wytrzymałość resztkową po obciążeniu udarowym.

EN

Increasing application of the CFRP in the high-loaded constructions is observed during the last period. The high--performance competition gliders can be an example. In such application even small damage of the composite structure may excessively decrease a safety margin. It was the reason for undertaking the works aimed on investigation the CFRP composites vulnerability on impact loads. The interest was focused on the composites with uni-directional (UD) structure. Such composites are used in the wing spar flanges (cups). They are the most loaded elements of the gliders structure. The specimens for compression tests (Fig. 2) were applied in investigations, as the compressive strength is the critical parameter, having an important influence on the wing spar dimensions. The ultrasonic structural tests were performed on the immersion stand, equipped with ultrasonic flaw detector Panametrics 9100 connected to the PC (Fig. 1). The Charpy method was used for impact tests. The impact transverse loads had caused significant differences of the ultrasonic A-scans taken in the initial and the final stadium of the tests (Fig. 4). Relation of the residual strength to the impact energy has non-linear characteristics, with existence of the threshold value (Fig. 5). Beyond this limit a quick residual strength degradation of the CFRP can be observed. The biggest drop of the residual strength was observed in the range of energy density from 0.01 up to 0.04 J/mm2 (Fig. 6) (at the end of this range the residual strength was 2-times lower than the static compression strength of CFRP). Optimal volume fraction of the CFRP has been estimated (at around 0.5) - both for post--impact residual strength and for static compression strength of the CFRP composites. The influence of pressure applied during CFRP beams forming on the static strength and the residual post-impact strength has also been investigated. The results are shown in Figure 10. Quasi-layered structure of obtained composites, caused by the fabrication method, has no significant effect on impact sensitivity of material on parallel and perpendicular direction relative to impact direction (Fig. 11).

Słowa kluczowe

PL

kompozyty węglowo-epoksydowe; badanie udarnościowe; wytrzymałość; wytrzymałość resztkowa; defektoskopia ultradźwiękowa

EN

carbon-epoxy composites; impact tests; composite strength; residual strength; ultrasonic flaw detection

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 2
• Strony: 27--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Rodzewicz M.

autor

Boczkowska A.

autor

Awietjan S.F.

autor

Kurzydłowski K.J.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warszawa; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Reid S.R, Zhou G., Impact behaviour of fibre-reinforced composite materials and structures, Woodhead Publishing Limited, Cambridge 2000.
• [2] Rodzewicz M., Jaśkowski P., Boczkowska A., Awietjan S., Kurzydłowski K.J., Wytrzymałość kompozytów węglowo-epoksydowych (CFRP) w kontekście technik wytwarzania i warunków eksperymentu, KARBO 2004, 4, 182-188.
• [3] Rodzewicz M., Jaśkowski P., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Badania kornpozytu węglowo-epoksydowego o strukturze typu UD, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 12, 414-420.
• [4] Jaśkowski P., Rodzewicz M., Boczkowska A., Kurzydlowski K.J., Otrzymywanie, struktura i właściwości wytrzymałościowe włóknistych kompozytów węglowo-epoksydowych z prze-znaczeniem do konstrukcji lotniczych, Kompozyty (Composites) 2003, 3, 7, 198-202.
• [5] Lewińska-Romicka A., Badania nieniszczące; podstawy defektoskopii, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.