Method for evaluating long-term strength of polymer composites allowing for fatique degradation and size effect

• Autorzy: Bełzowski A.

Warianty tytułu

PL

Ocena wytrzymałości długotrwałej kompozytów polimerowych z uwzględnieniem degradacji zmęczeniowej oraz efektu skali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For polymer composites to be used rationally in municipal and industrial pipeline systems it is necessary to know how their properties will vary throughout the whole period of service as degradation processes induced by load and various physical/chemical effects result in decreasing mechanical properties and reduced indexes of structural integrity. The presented method of evaluating the long-term strength of polymer composite pipework is based on results from laboratory tests of residual strength in material subject to degradation under fatigue loading or prolonged static loading. Having determined actual bending or tensile strength of the material in the form of laboratory specimens with various amounts of induced fatigue damage the author was able to evaluate the corresponding strength values for a pressure pipework section using relationships accounting for the size effect. The method is capable of allowing for changes in the mean value and scatter of material strength and, to some extent, for the size effect. It must be noticed, however, that the size effect in polymer composites is still an inadecruately investigated area and therefore the use of the method should be limited to comparative assessment of materials available on the market.

PL

Stosowanie kompozytów polimerowych w budowie rurociągów infrastruktury miejskiej i przemysłowej wymaga znajomości ich własności użytkowych w okresie planowanej eksploatacji. Materiały kompozytowe są podatne na rozwój procesów degradacji wywołanej przez obciążenia oraz oddziaływanie środowiska. Zjawiska te stopniowo obniżają własności mechaniczne materiału, co pogarsza wskaźniki niezawodności konstrukcji. W przedstawionej metodzie określania długotrwałej wytrzymałości konstrukcyjnej rurociągu z kompozytu polimerowego wykorzystuje się wyniki laboratoryjnych badań wytrzymałości resztkowej materiału poddanego degradacji przy obciążeniach zmęczeniowych lub długotrwałych statycznych. Znając bieżące wartości wytrzymałości na zginanie lub rozciąganie materiału, określone doświadczalnie na próbkach małogabarytowych z wprowadzonym uszkodzeniem zmęczeniowym, określono — przy pomocy zależności opisujących efekt skali — wartości wytrzymałości materiału odcinka rurociągu ciśnieniowego. Opisana metoda uwzględnia zmiany wartości średniej i rozrzutu statystycznego wytrzymałości materiału oraz wpływ efektu skali. Ze względu na obecny stopień doświadczalnej weryfikacji matematycznego opisu efektu skali w kompozytach polimerowych, proponuje się wykorzystywanie przedstawionej metody do oceny porównawczej kompozytów stosowanych w budowie rurociągów infrastruktury miejskiej oraz przemysłowej.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt polimerowy; wytrzymałość długotrwała; zmęczenie; efekt skali; niezawodność; rurociąg

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 47, nr 4
• Strony: 521--537
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Bełzowski A.

• Wrocław University of Technology, Wrocław, Poland

Bibliografia

• 1. G. ECKOLD, Design and manufacture of composite structures, Woodhead Publishing Ltd. 1994.
• 2. Materiały firmy HOBAS, Przedstawicielstwo w Poznaniu.
• 3. T. LE COURTOIS, PWR composite material use: A particular case of safety-related service water pipes, Konf. "Enercomp 95", Ed. Technomic Pub., Montreal 1995, 835-843.
• 4. G. WACKER, Design of rotor blades for wind energy conversion systems - state of the art, III Ogólnopolska Konf. KOMPOZYTY I KOMPOZYCJE POLIMEROWE, Szczecin - Świnoujście 1997, 171-176.
• 5. G. PRITCHARD, Fabrication, inspection and durability: Reinforced plastics durability, Woodhead Pub. Ltd, 1999.
• 6. M.T. TUTTLE, A framework: for long-term durability predictions of polymeric composites, Progress in Durability Analysis of Composite Systems, Rotterdam 1996, Balkema, 169-176.
• 7. W.W. STINCHCOMB, C.E. BAKIS, Fatigue behaviour of composite laminates, [in:] Fatigue of Composite Materials, K.L. REIFSNIDER [Ed.], Composite Materials Series, Vol. 4, Elsevier 1991,105-180.
• 8. A. BEŁZOWSKI, J. STASIEŃKO, On influence of transverse impact loads on properties of structural polymer composites, Przegląd Mech., 13, 13-18, 2000.
• 9. J. PABIOT et al., Influence of the fibre/matrix interface on the long-term behaviour of filament wound epoxy/glass tubing systems, Composite Polymers, 4, 5, 299-315, 1991.
• 10. C. ZWEBEN, Is there a size effect in composites?, Composites, 25, 6, 451-454, 1994.
• 11. M.R. WISNOM, Size effects in the testing of fibre-composite materials, Composites Science and Technology, 59, 1937-1957, 1999.
• 12. ASTM D 2992: Standard Practice for Obtaining Hydrostatic or Pressure Design Basis for “Fiberglas” (Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe and Fittings, 1991.
• 13. BS 7159: Code of practice for design and construction of glass-reinforced plastic piping systems, 1989.
• 14. F. DAL MASO, Canalisations en composites. Étude du perlage, Plastiques et composites. Technique de l'ingénieur, 8-1996, pp. AM 5551-1-10.
• 15. A. MARQUES TORRES, F. DE BRITO MARTINS, Comporison of methodologies for prediction of long-term properties of GRP pipes, Progress in Durability Analysis of Composite Systems, Reifsnider & Cardon [Eds.], Balkema, Rotterdam, 1998, 289-294.
• 16. A. BEŁZOWSKI, A. KOLONKO, L. WYSOCKI, Assessment of fatigue degradation of composite pipes used for water and sewage networks, 19th Symposium on Experimental Mechanics of Solids, Jachranka 2000, 110-115.
• 17. Polish Code PN-EN 1227 (project) Systems of plastic conduits - Pipes of thermosetting glass-reinforced plastics - Notation of long-term circumferential relative deflection strength in water environment, PKN, 2000.
• 18. P.W.R. BEAUMONT, The failure of fibre composites: an overviev, J. of Str. Analysis, 24, 4, 189-205, 1989.
• 19. J. ANDERSONS, J. KORSGAARD, Residual strength of GRP at high cycle fatigue, Proc. ICCM 11, 1997, S. II-135-144.
• 20. A. BEŁZOWSKI, Residual strength degradation of polymer composite under fatigue loading, IV Konf. Metody Dośw. w Bud. Maszyn, Szklarska Poręba 1999, 81-90.
• 21. A. BEŁZOWSKI, Investigation of mechanical degradation and evaluation of the degree of damage in fibrous polymer composites, II International Congress of Technical Diagnostics, Warsaw 2000, Compact Disk, 10pp.
• 22. M. WARSZYŃSKI, Reliability in structural calculations, PWN, Warszawa 1988.
• 23. A. BEŁZOWSKI, Practical aspects of investigations on the kinetics of transverse crack propagation in laminate structures, I Konf. POLIMERY I KOMPOZYTY KONSTRUKCYJNE, Kozubnik 1995, SIMP Gliwice, 95-101.
• 24. A. BEŁZOWSKI, A method for evaluating long-term strength of polymer composites, Composites 1/2001, Polish Society for Composite Materials, 38-41.
• 25. A. BEŁZOWSKI, Microstructural aspects of damage in design considerations for shaping composite pressure processing. VI Conf. Underground Infrastructure in Urban Areas, Wrocław 1996, 9-19.
• 26. M.F. CROWTHER et al., Design stress consideration for GRP components of power station cooling-water systems, Composite Structures 3, Elsevier A. Sc. P., 540-561, 1985.
• 27. A. BEŁZOWSKI, L. KORUSIEWICZ, Methodology for determination of interlaminor shear strength of laminates, II Konf. Nauk. Experimental Methods in Mechanical Eng., Wrocław - Szklarska Poręba 1995, Vol. 1, 41-50.
• 28. A. BEŁZOWSKI, P. KRAWCZAK, J. PABIOT, Problems of long-term strength of polymer composite pipes, Dozór Techniczny, no 2 (188), 31-36, 2000.
• 29. M. CHERFAOUI et al., Développement de méthodes de contrôle des structures composites, COMPOSITES (fr.), no 1,83-89, 1989.