Odporność kompozytów epoksydowo-węglowych na uderzenia udarowe przy niskich prędkościach

• Autorzy: Jakubczak P. , Bieniaś J. , Dragan K.

Warianty tytułu

EN

Resistance of carbon-epoxy laminates to low-velocity impact

• Konferencja: "KOMPOZYTY" - Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna POLIMERY I KOMPOZYTY KONSTRUKCYJNE (12 ; 07-11.05.2012 ; Gliwice, Polska - Praga, Czechy)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Laminaty epoksydowo-węglowe są nowoczesnymi materiałami konstrukcyjnymi stosowanymi przede wszystkim w technice lotniczej z uwagi na wysokie właściwości mechaniczne w odniesieniu do gęstości. W czasie eksploatacji poza własnościami wytrzymałościowymi duże znaczenie ma także odporność na udarowe uderzenia skupione (impact), w tym uderzenia udarowe przy niskich prędkościach. Przy dostatecznie niskich energiach następuje utrata spójności wewnątrz struktury w postaci delaminacji niewidocznych przy ocenie makroskopowej elementów. W pracy przedstawiono badanie odporności na uderzenia przy niskich energiach laminatów epoksydowo-węglowych o różnych układach włókien, wytworzonych metodą autoklawową z jednokierunkowej taśmy preimpregnowanej. Zastosowano energie uderzenia w zakresie 1,5-5 J. Wyznaczono wykres zmian siły w czasie uderzenia, siłę maksymalną oraz siłę inicjacji utraty spójności kompozytu. Ponadto wyznaczono obszar zniszczenia ultradźwiękową metodą echa. Zauważono, że układy jednokierunkowe charakteryzują się niską odpornością na uderzenia. Układy wielokierunkowe w mezo- i makro- skali cechują się odpornością na udarowe uderzenia skupione w zakresie zastosowanych energii, jednak często tracą wewnętrzną spójność poprzez powstawanie delaminacji. Ponadto wraz ze wzrostem energii uderzenia wzrasta obszar zniszczenia w laminatach epoksydowo-węglowych.

EN

Carbon-epoxy laminates are modern construction materials used primarily in aerospace due to high mechanical properties in relation to density. During operation, besides strength properties great importance has resistance to impact, including the low-velocity impact. With sufficiently low energies of impact loss of cohesion inside structure is created in the form of delaminations which are invisible in the macroscopic assessment of elements. The laminates response to low velocity impact of carbon-epoxy laminates using hemispherical tipped impactor (diameter 38.1 mm) were analyzed. Laminates with different layers configurations were manufactured by autoclave method with unidirectional prepreg tapes. Impact energies in the range 1.5-5 J were applied. Diagram of changes of force at the time were determined, maximum and also first crack initiation forces. Furthermore impact damage zone was designated with ultrasonic methods. It was noted that unidirectional layouts have no practical impact resistance. multidirectional systems in meso- and macro-scale is characterized by resistance to impact the energy used, but often lose their internal cohesion in the form of delaminations. Moreover, with increasing impact energy is increasing generated damage area.

Słowa kluczowe

PL

uderzenie; kompozyt epoksydowo-węglowy; laminat epoksydowo-węglowy; materiał konstrukcyjny; właściwości mechaniczne; właściwości wytrzymałościowe; odporność na uderzenie; delaminacja; metoda autoklawowa; metoda ultradźwiękowa

EN

impact; carbon-epoxy composite; carbon-epoxy laminate; construction material; mechanical properties; strength properties; impact resistance; delamination; autoclave method; ultrasonic method

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Czasopismo: Przetwórstwo Tworzyw
• Rocznik: 2012
• Tom: [R.] 18, nr 3
• Strony: 205--209
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jakubczak P.

autor

Bieniaś J.

autor

Dragan K.

• Katedra Inżynierii Materiałowej, Politechnika Lubelska, 20-618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 36,

Bibliografia

• 1. Hodgkinson J.M.; Mechanical testing of advanced fibre composites, Woodhead Publishing Ltd and CRC Press LLC, 2000.
• 2. Surowska B., Bieniaś J. Wytwarzanie kompozytów metodą autoklawową i ocena ich jakości, konferencja Kompozyty i Polimery Konstrukcyjne, Olsztyn 2011.
• 3. Sohn M.S., Hua X.Z., Kimb J.K., Walker L.: Impact damage characterization of carbon fiber/epoxy composites with multi-layer reinforcement. Composites: Part B 2000, nr 31, s. 681-691.
• 4. ASTM D7136, Standard test method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced-Polymer matrix Composites to a Drop-Weight Impact event, Book of Standards 2005, Volume 15.03.
• 5. Sayer M., Bektas N.B., Sayman O.: An experimental investigation on the impact behavior of hybrid composite plates. Composite Structures 2010, nr 92, s. 1256-1262.
• 6. Nakatani H., Kosaka T., Osaka K., Sawada Y.: Damage characterization of titanium/GFRP hybrid laminates subjected to low-velocity impact. Composites: Part A 42 (2011) 772-781.
• 7. Lawcock G. D., YeL., Maia Y. W., Sun C. T.: Effects of fibre/matrix adhesion on Carbon-fibre-reinforced metal laminates-II. Impact behaviour. Composites Science and Technology 57 (1997) 1621-1628.
• 8. Zhou G., Davies G.A.O.: Impact response of thick glass fibre reinforced polyester laminates, Int. J. Impact Engng 1995, Vol. 16, No. 3, s. 357-374.
• 9. Liaw B.M., Liu Y.X., Villars E.A.: Impact Damage Mechanisms in Fiber Metal Laminates, Proceedings of the SEM Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics, Portland, Oregon.
• 10. Hosseinzadeh R., Shokrieh M.M., Lessard L.: Damage behavior of fiber reinforced composite plates subjected to drop weight impacts, Composites Science and Technology 2006, Nr 66, s. 61-68.