Impact damage in polyester-matrix glass fibre-reinforced composites. Part II. Residual load bearing abilities

• Autorzy: Barcikowski M. , Semczyszyn B.

Warianty tytułu

PL

Uszkodzenia udarowe we wzmocnionych włóknem szklanym kompozytach o matrycy poliestrowej. Część II. Pozostała zdolność do przenoszenia obciążeń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the course of their "life", fibre-reinforced plastics (FRP) are subjected to impacts which can cause damage. This damage may lead to a reduction of FRP strength and static load-bearing abilities. In this contribution, new results of three-point flexural tests on glass fibre/polyester composites after non-penetrating ballistic impact are presented. Composite materials were reinforced using a continuous filament mat and a woven roving, and the fibre content varied in the range of 42÷61% wt. The materials were produced using the Resin Transfer Moulding (RTM) method. The impactor was a free-flying 3 g steel ball, and the impact velocities approached 130 m/s. After the impact and evaluation of the extent of damage, the samples were subjected to three-point bending tests under fixed conditions. Reduction in the critical load value was noticed. A novel approach to the evaluation of residual strength has been presented. This approach allows estimation of the actual load-bearing ability of damaged material without removing the undamaged parts of the sample. The said approach involves testing samples including a damaged area as well as undamaged samples. It was considered what effect complete elimination of the damaged field would have on the load-bearing ability of the sample. The load transmitted through the undamaged area surrounding the area of delamination was then subtracted. This allowed for evaluation of the percentage of residual properties in the damaged area. It was found that reinforcement in the form of a continuous filament mat compares favourably to loose woven roving. Higher-reinforced composites after the impact test seem to lose their properties to a higher extent.

PL

W ciągu swojego "życia" tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami poddawane bywają udarom, które mogą spowodować ich uszkodzenie. Uszkodzenia te prowadzą do obniżenia wytrzymałość takich tworzyw i ich zdolności do przenoszenia obciążeń statycznych. W prezentowanym artykule przedstawiono nowe wyniki próby trójpunktowego zginania kompozytów poliestrowo-szklanych po niepenetrującym udarze balistycznym. Materiały w niniejszym badaniu zostały wzmocnione z użyciem maty i tkaniny rovingowej, a zawartość wzmocnienia była zmieniana. Materiały wytworzono z użyciem metody RTM (Resin Transfer Moulding). Udar wywierano przy użyciu 3-gramowej stalowej kulki, a prędkości udaru sięgały 130 m/s. Po udarze i ewaluacji rozległości uszkodzeń próbki zostały poddane trójpunktowemu zginaniu w ustalonych warunkach. Zaobserwowano spadek wartości obciążenia krytycznego. Zaprezentowano nowatorskie podejście do ewaluacji wytrzymałości pozostałej, obejmujące badanie próbek zawierających uszkodzone pole oraz próbek nieuszkodzonych. Rozważając wpływ, jaki miałoby całkowite wyeliminowanie pola uszkodzonego na zdolność do przenoszenia obciążeń przez próbkę i odejmując wpływ nieuszkodzonego pola otaczającego pole zdelaminowane, uzyskuje się procentowe właściwości pozostałe. Badania wykazały, że wzmocnienie w postaci maty z włókien ciągłych wypada korzystnie w porównaniu do tkanin rovingowych o luźnej strukturze. Kompozyty o większej zawartości wzmocnienia wydają się tracić większą (procentowo) część swoich pierwotnych właściwości.

Słowa kluczowe

EN

polymer composites; laminates; unsaturated polyester resin; glass fibre; ballistic impact; residual properties

PL

kompozyty polimerowe; laminaty; żywica poliestrowa nienasycona; włókno szklane; udar balistyczny; właściwości pozostałe

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 3
• Strony: 235--239
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Barcikowski M.

autor

Semczyszyn B.

• West Pomeranian University of Technology, Polymer Institute, Divison of Polymer Materials Technology, ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin, Poland,

Bibliografia

• [1] Schrauwen B., Peijs T., Influence of matrix ductility and fibre architecture on the repeated impact response of glassfibre- reinforced laminated composites, Applied Composite Materials 2002, 9, 331-352.
• [2] Naik N.K., Shrirao P., Composite structures under ballistic impact, Composite Structures 2002, 66, 579-590.
• [3] Hetherington J.G., Energy and momentum changes during ballistic perforation, International Journal of Impact Engineering 1996, 18, 319-337.
• [4] Kang T.J., Kim C., Energy-absorption mechanisms in Kevlar multiaxial warp-knit fabric composites under impact loading, Composite Science and Technology 2000, 60, 773-784.
• [5] Morye S.S., Hine P.J., Ducket R.A., Carr D.J., Ward I.M., Modelling of the energy absorption by polymer composites upon ballistic impact, Composite Science and Technology 2000, 60, 2631-2642.
• [6] Naik N.K., Shrirao P., Reddy B.C.K., Ballistic impact behaviour of woven fabric composites: Formulation, International Journal of Impact Engineering 2006, 32, 1521-1552.
• [7] Reis L., de Freitas M., Damage growth analysis of low velocity impacted composite panels, Composite Structures 1997, 38, 509-515.
• [8] Hosur M.V., Karim M.R., Jeelani S., Experimental investigation on the response of stitched/unstitched woven S2-glass/SC15 epoxy composites under single and repeated low velocity impact loading, Composite Structures 2003, 61, 89-102.
• [9] da Silva Jr J.E.L., Paciornik S., d’Almeida J.R.M., Determination of the post-ballistic impact mechanical behaviour of a ±45° glass-fabric composite, Polymer Testing 2004, 23, 599-604.
• [10] Piggot M.R., Load Bearing Fibre Composites, Kluwer Academic Publishers, Hingham 2002, 259.
• [11] Mouritz A.P., Gallagher J., Goodwin A.A., Flexural strength and interlaminar shear strength of stitched GRP laminates following repeated impacts, Composite Science and Technology 1997, 57, 509-522.
• [12] Da Silva Jr J.E.L., Paciornik S., d’Almeida J.R.M., Evaluation of the effect of the ballistic damaged area on the residual impact strength and tensile stiffness of glass-fabric composite materials, Composite Structures 2004, 64, 123-127.
• [13] Bełzowski A., Rechul Z., Stasieńko J., Uszkodzenia udarowe w laminacie wzmocnionym tkaniną szklaną, Kompozyty (Composites) 2002, 5, 394-399.
• [14] Imielińska K., Wojtyra R., Castaigns M., Impact resistance and damage tolerance of hybryd: carbon, Glass, Kevlar/epoxy laminates, Inżynieria Materiałowa 2001, 22, 388-391.
• [15] Zhang Z.Y., Richardson M.O.W., Low velocity impact induced damage evaluation and its effect on the residual flexural properties of pultruded GRP composites, Composite Structures 2007, 81, 195-201.
• [16] Shim V.P.W., Yang L.M., Characterization of the residual mechanical properties of woven fabric reinforced composites after low-velocity impact, International Journal of Mechanical Sciences 2005, 47, 647-665.
• [17] Hou J.P., Jerominidis G., Bending stiffness of composite plates with Delamination, Composites Part A 2000, 31, 121-132.
• [18] Govindan P.P.K., Nageswara R.B., Srivastava V.K., Tensile fracture strength of cracked composite laminates, Zeitschrift für Metallkunde 1999, 90, 376-383.
• [19] Aljibori H.S.S., Chong W.P., Mahlia T.M.I., Chong W.T., Edi P., Al-qrimli H., Anjum I., Zahari R., Load-displacement behavior of glass fiber/epoxy composite plates with crculer circular cut-outs subjected to compressive load, Materials & Design 2010, 31, 466-474.
• [20] Walker M., Optimal design of symmetric laminates with cut-outs for maximum buckling load, Computers & Structures 1999, 70, 337-343.
• [21] Hilburger M.W., Britt V.O., Nemeth M.P., Buckling behavior of compression-loaded quasi-isotropic curved panels with a circular cutout, International Journal of Solids and Structures 2001, 38, 1495-1522.
• [22] Ghannadpour S.A.M., Najafi A., Mohammadi B., On the buckling behavior of cross-ply laminated composite plates due to circular/elliptical cutouts, Composite Structures 2006, 75, 3-6.
• [23] Hyla I., Lizurek A., Zastosowanie badań dynamicznych do analizy mechanizmu pękania udarowego kompozytów warstwowych, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 374-377.