Experimental investigations on 3D reinforced multiplayer weft knitted fabric laminates under impact loading conditions

• Autorzy: Hufenbach W. , Petrinic N. , Hornig A. , Langkamp A. , Wiegand J.

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne laminatów wzmacnianych trójwymiarowo wielowarstwową dzianiną rządkową w warunkach obciążenia udarowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The requirements on aircraft engine design have increased rapidly over the last decades. Future aircrafts engines are expected to be more efficient with lower operation costs and without compromising safety. Concerning the complex requirements for fan systems or fan containments composite materials are able to fully avail their high potential with regard to a significant weight reduction and an increased efficiency by using their high specific strength and stiffness. In this respect, the almost unexplored field of through thickness reinforced structures is expected to be a very promising way to optimise 2D textile reinforced materials. An experimental investigation approach for 3D reinforced materials under impact loading conditions is presented in this article, which includes the description of the testing procedure as well as the tested material configurations and test results. Two layers of multi-layered weft knitted fabrics were used to manufacture the laminates using the Bakelite L1000 epoxy resin in a resin transfer moulding process. For fabrication of stitched laminates by the double locked stitch technology two different stitching thread materials, glass and aramid, were used. In order to compare stitching configuration effects, the lengths from 1.0 to 4.8 st/10 mm and stitch distances of 5 and 10 mm were used as well as unstitched specimens. The laminates were subjected to a subcritical impact velocity of 8 m/s at the impact-bending-test device, which is explained in detail here. The damage was characterised with the focus on delamination and matrix cracking through computer tomography, optical, x-ray and ultrasonic inspections. The results of the study indicate that the used testing device is capable to evaluate the influence of the stitching pattern on the damage resistance, where particular stitching setups tend to result in higher delamination resistance.

PL

W ostatnich latach gwałtownie wzrosły wymagania dotyczące projektowania silników lotniczych. W przyszłości silniki lotnicze powinny mieć jeszcze większą sprawność przy niższych kosztach eksploatacji i bez pogorszenia bezpieczeństwa. Materiały kompozytowe mogą spełnić złożone wymagania stawiane systemom wirnikowym czy obudowom wirników, w pełni wykorzystując swój potencjał, gdyż ich specyficzna wytrzymałość i sztywność pozwalają na znaczące obniżenie ciężaru i podwyższenie sprawności tych urządzeń. Obiecującą drogą optymalizacji dwuwymiarowych materiałów wzmacnianych wyrobami włókienniczymi może być prawie niezbadana dziedzina konstrukcji wzmacnianych także w kierunku grubości. Niniejszy artykuł omawia badania eksperymentalne dla trójwymiarowo wzmocnionych materiałów w warunkach obciążenia udarowego, zawiera również opis procedury badawczej oraz parametrów badanego materiału i wyniki badań. Do wytworzenia laminatów użyto dwóch warstw wielowarstwowej dzianiny nasyconej żywicą epoksydową Bakelite L1000 w procesie RTM. Laminaty igłowane uzyskano, używając dwóch rodzajów włókna: szklanego i aramidowego. W celu porównania wpływu parametrów igłowania użyto długości od 1,0 do 4,8 ściegów/10 mm i odległości igłowania 5 i 10 mm, badaniom poddano także próbkę nieigłowaną. Laminaty zostały poddane testom przy podkrytycznej prędkości udarowej 8 m/s na urządzeniu do badania zginania przy udarze, które zostało tu szczegółowo opisane. Charakterystyka zniszczenia skupiała się na delaminacji i pękaniu osnowy, które było wykrywane za pomocą tomografii komputerowej oraz badań optycznych, rentgenowskich i ultradźwiękowych. Wyniki pracy wskazują, że zastosowane urządzenie badawcze jest w stanie oszacować wpływ parametrów splotu na odporność laminatu na zniszczenie, wyznaczając konkretne nastawy igłowania, które zwiększają odporność na delaminację.

Słowa kluczowe

EN

3d reinforcement; crash test; impact test; stitching; composite

PL

zbrojenie; wzmocnienie 3D; badanie udarności; badanie zniszczenia; igłowanie; kompozyt

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 4
• Strony: 14--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Hufenbach W.

autor

Petrinic N.

autor

Hornig A.

autor

Langkamp A.

autor

Wiegand J.

• Technische Universitat Dresden, Institut fur Leichtbau und Kunststofftechnik, 01062 Dresden

Bibliografia

• [1] Hufenbach W., Andrich M., Gude M., Langkamp A., Contribution to the simulation of textile reinforced plastics under crash and impact loads, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 9, 47-51.
• [2] Hou J.P., Petrinic N., Ruiz C., Hallett S.R., Prediction of impact damage in composite plates, Composites Science and Technology 2000, 60, 273-281.
• [3] Hornig A., Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Strukturverhalten 3D-textilverstarkter Epoxydharzverbunde bei Impactbeanspruchung, Thesis, TU Dresden 2005.
• [4] Wiegand J., Comparison of titanium Ti6/4 and GLARE response to impact loading for containment application, Thesis, TU Dresden 2004.
• [5] Herzberg C., Krzywiński S., Rodel H., Konfektionstechnische Fertigung mehrschichtiger 3D-Preforms fur Composites, Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde. Deutsche Gesellschaft fur Materialkunde e. V. Wiley-VCh Verlag, Weinheim2001.
• [6] Diestel O., Offermann P., Thermoplastische GF/PP-Verbunde aus biaxial verstarkten Mehrlagengestricken - Werkstoff zur Verbesserung der passiven Fahrzeugsicherheit? Technische Textilien/Technical Textiles 2000, 43, 4, 274-277.