Influence of loading rate on energy absorption performance of epoxy composites reinforced with glass fabric

• Autorzy: Bogusz P. , Ochelski S. , Panowicz R. , Niezgoda T. , Barnat W.

Warianty tytułu

PL

Wpływ prędkości obciążenia na zdolność pochłaniania energii kompozytów epoksydowych wzmacnianych tkaniną szklaną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article deals with the problem of investigating the correlations between the loading rate and absorbed energy capability dependence of composite energy absorbing structures. Energy absorbing structures dissipate impact kinetic energy by means of crushing their structure. Numerous investigations have been conducted to evaluate the dependence between the loading velocity and Energy Absorbed (EA) for composites, however, the results are quite different and sometimes inconsistent. The material properties defined during static tests are possible to be applied at the initial stage of numerical calculations. More advanced and accurate target simulations require data from dynamic load tests. Single energy absorbing elements and three-element energy absorbing structures were subjected to static and dynamic investigations. The single energy absorbing elements were tube-shaped and built of epoxy composites reinforced with glass fabric. Fragments of sandwich energy absorbing composite elements were prepared from three tube elements arranged symmetrically on an equilateral triangle plan and stuck between composite plates. Static and dynamic energy absorbing tests were conducted. The specimens were loaded statically on a tension machine - Instron 8802. The specimens were compressed at a constant load velocity equal to 40 mm/min (0.0007 m/s). The dynamic tests were performed on a spring impact hammer. The impact load velocity was about 6.0 m/s. Based on the obtained results, it was concluded that the load velocity of a glass/epoxy composite specimen crush leads to an EA decrease. B The behaviour of both single energy absorbing elements and multi-element fragments of energy absorbing constructions was compared.

PL

W pracy zbadano energochłonność kompozytów polimerowych wzmacnianych tkaniną szklaną w warunkach obciążeń dynamicznych i statycznych. Porównano zachowanie pojedynczych elementów energochłonnych i kilkuelementowych fragmentów konstrukcji energochłonnych. W licznych pracach przedstawionych w literaturze poświęconej tej tematyce podano wyniki badań wpływu prędkości na EA, jednak uzyskane w nich wyniki nie są jednoznaczne. W niektórych pracach stwierdzono, że EA nie zależy od prędkości uderzenia, natomiast w innych pracach - że EA rośnie lub maleje wraz ze wzrostem prędkości. Konstrukcje energochłonne ze swej natury narażone są na obciążenia udarowe. Pochłanianie energii uderzenia polega na zamianie ujemnego przyrostu energii kinetycznej impaktu na pracę niszczenia konstrukcji energochłonnej. W obliczenia numerycznych wymagane są dane materiałowe pozwalające na obliczenie zachowania się konstrukcji energochłonnej podczas obciążeń udarowych. W pierwszej fazie obliczeń można wykorzystać właściwości określone na podstawie badań statycznych, jednak w docelowych opracowaniach powinien znaleźć się model odzwierciedlający zachowanie się kompozytu w warunkach obciążeń dynamicznych. Badaniom statycznym i dynamicznym w zakresie prędkości obciążenia od 0,0007 do 6,0 m/s poddano pojedyncze elementy energochłonne i fragmenty przekładkowych konstrukcji energochłonnych. Materiałem próbek był kompozyt polimerowy z żywicy epoksydowej wzmacniany tkaniną szklaną o strukturze [(0/90)T]n. Pojedyncze elementy energochłonne wykonane zostały w postaci rurek o średnicy wewnętrznej 40 mm. Fragmenty przekładkowych konstrukcji energochłonnych złożono z trzech elementów energochłonnych rozłożonych symetrycznie na planie trójkąta równobocznego i przyklejonych pomiędzy przekładkami wykonanymi z płyt kompozytowych. Eksperymenty wykonano na dwóch stanowiskach badawczych. Energochłonne badania statyczne przeprowadzono na maszynie wytrzymałościowej z napędem hydraulicznym Instron 8802. Próbki były ściskane ze stałą prędkością obciążenia wynoszącą 40 mm/min. (0,0007 m/s). Badania dynamiczne przeprowadzono na sprężynowym młocie udarowym. Prędkość początkowa uderzenia wynosiła 6,0 m/s. Na podstawie otrzymanych wyników badań eksperymentalnych stwierdzono, że wzrost prędkości niszczenia próbek kompozytowych powoduje spadek energii absorbowanej w przedziale prędkości od 0,0007 do 6,0 m/s. Zarówno pojedyncze elementy energochłonne, jak również struktury energochłonne zachowują się podobnie. Energia absorbowana maleje wraz ze wzrostem prędkości obciążenia. Wyniki badań zostaną wykorzystane do budowy modelu numerycznego panelu ochronnego przeciw uderzeniom pociskami rakietowymi i minami.

Słowa kluczowe

EN

mechanical properties; absorbed energy; polymer composites; dynamic investigations; experimental mechanics

PL

właściwości mechaniczne; energia absorbowana; kompozyty polimerowe; badania dynamiczne; mechanika doświadczalna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 2
• Strony: 110--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bogusz P.

autor

Ochelski S.

autor

Panowicz R.

autor

Niezgoda T.

autor

Barnat W.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics and Applied Computer Science, ul. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Farley G.L, Energy absorption of composite materials, Journal of Composite Materials , 17, 267-279.
• [2] Thornton P.H., Energy absorption in composite structures, Journal of Composite Materials 1979, 13, 248-262,.
• [3] Thornton P.H., Edwards P.J., Energy absorption in composite tubes, Journal of Composite Materials 1982, 16, 521-545.
• [4] Thornton P.H., Harwood J.J., Beardmore P., Fiber-reinforced plastic composites for energy absorption purposes, Composite Science and Technology 1985, 24(4), 275-298.
• [5] Schmueser D.W., Wickliffe L.E., Impact energy absorption of continuous fiber tubes, Journal of Engineering Materials and Technology, Transactions of the ASME 1987, 109, 72-77.
• [6] Song H.W., Wan Z.M., Xie Z.M., Du X.W., Axial impact and energy absorption efficiency of composite wrapper metal tubes, Int. J. Impact Engineering 2000, 24, 385-401.
• [7] Thornton P.H., Energy absorption in composite structures, Journal of Composite Materials 1979, 13, 248-262.
• [8] Keal R., Post failure energy absorbing mechanisms of filament wound composite tubes, PhD Thesis, University of Liverpool 1983.