Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Thermographic studies of composite structures subjected to static and fatigue loads

Pastuszak P. D., Bondyra A., Muc A.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 3

139--146

EN

In this work, a brief review of various approaches using Infrared Thermography (IRT) as a non-destructive method applied for better understanding of fatigue behaviour and the damage process is presented. Rapid determination of fatigue limits obtained with the use of IRT is in very good agreement with the conventional experimental testing program for a wide range of materials including various types of composites. In addition, it creates the possibility of locating, evaluating and monitoring fatigue damages both within standard specimens and structural components. Despite these achievements, there is little work concerning the use of IRT in the analysis of curved composite structures with delaminations subjected both to static and/or fatigue loads. In this paper, stepwise methodology, how composite curved panels can be incrementally tested in order to characterize and control real damages occurring during static loads is presented with emphasis on the possibility of using it for fatigue tests. It was shown that artificial delamination does not propagate in contrast to real defects which can be monitored by active thermography tests after each load step. The presence and evolution of damages caused by static loads has a great impact on the thermal behaviour of the curved composite panel and can be observed by changes in the temperature contrast on the investigated surfaces. Future works will concern application of the proposed methodology with the use of Active Infrared Thermography (AIRT) in the quantification of failures occurring during fatigue testing of curved composite elements.

PL

Zaprezentowano przegląd różnych podejść wykorzystania termografii w podczerwieni (IRT) jako nieniszczącej metody stosowanej w celu lepszego zrozumienia zjawisk zmęczeniowych i procesu uszkodzeń. Metoda szybkiego określania wytrzymałości zmęczeniowej z wykorzystaniem IRT wykazuje bardzo dobrą zgodność ze standardowymi procedurami dla szerokiej grupy materiałów, włączając w to różne typy kompozytów. Dodatkowo, omawiana metoda stwarza możliwości lokalizacji, oceny i monitoringu uszkodzeń zmęczeniowych zarówno dla standardowych próbek, jak i komponentów strukturalnych. Mimo tych osiągnięć, istnieje bardzo mało prac dotyczących wykorzystania IRT do analizy zakrzywionych struktur kompozytowych z delaminacjami obciążonych zarówno statycznie, jak i zmęczeniowo. W artykule zaprezentowano metodologię polegającą na badaniu zakrzywionych paneli kompozytowych po każdym kroku obciążenia w celu oceny i kontroli rzeczywistych uszkodzeń powstałych podczas obciążeń statycznych z naciskiem na możliwość wykorzystania jej do testów zmęczeniowych. Sztuczna delaminacja nie propaguje w przeciwieństwie do prawdziwych defektów, które mogą być monitorowane przy wykorzystaniu testów aktywnej termografii w podczerwieni po każdym kroku obciążenia. Obecność i rozwój uszkodzeń spowodowane przez obciążenia statyczne mają znaczny wpływ na zachowanie termiczne zakrzywionych paneli kompozytowych oraz mogą być obserwowane dzięki kontrastom temperaturowym na badanych powierzchniach. Dalsze prace będą dotyczyć zastosowania zaproponowanej metodologii z wykorzystaniem Aktywnej Termografii w Podczerwieni (AIRT) w celu kwantyfikacji uszkodzeń w zakrzywionych elementach kompozytowych powstałych w wyniku obciążeń zmęczeniowych.

2

Residual stress in multilayered composites : general overview

Chwał M., Muc A., Stawiarski A., Stawiarski A., Barski A.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 3

132--138

EN

The appearing process-induced stresses influence the mechanical performance of a composite structure and can initiate pre-load damage. Residual stresses evaluation is particularly important in multilayered composites where the ply orientations and stacking sequences highly influence the appearing stresses. Various numerical methods are used to simulate the growth and development of arising residual stresses. The general aim of the current work is to present the fundamental relations to predict the strains and stresses during the manufacture of laminated composites. Additionally, different modeling techniques and constitutive models are presented with the intention of understanding the different phenomena taking place during processing and which models best predict the process effects. As an example, a simple finite element model of a thermally loaded laminate is proposed to present the heterogeneities in through-thickness residual stresses distribution.

PL

Obecność naprężeń poprocesowych wpływa na charakterystykę mechaniczną struktury kompozytowej i może inicjować wstępne zniszczenie. Oszacowanie wartości naprężeń resztkowych jest szczególnie istotne w kompozytach wielowarstwowych, w których konfiguracja ma znaczny wpływ na pojawiające się naprężenia. Istnieje wiele modeli opisujących powstawanie i rozwój naprężeń resztkowych. Celem prezentowanej pracy jest przedstawienie podstawowych związków stosowanych w opisie naprężeń powstałych w trakcie procesu wytwarzania. Zaprezentowano różne techniki modelowania oraz związki konstytutywne z zamiarem opisu różnorakich zjawisk pojawiających się w trakcie wytwarzania laminatów. W celu wstępnej prezentacji heterogenicznego rozkładu naprężeń resztkowych przedstawiono model numeryczny wielowarstwowej płyty kompozytowej obciążonej termicznie.

3

Wybrane właściwości mechaniczne kompozytów warstwowych Al2O3/Mo

Matysiak H., Olszyna A., Strzeszewski J.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

265-270

PL

Badano kompozyty warstwowe typu .../Al2O3/Al2O3+x%obj.Mo/AI2O3/... wytworzone metodą „type casting" (odlewania folii ceramicznych). Udział objętościowy molibdenu w poszczególnych warstwach kompozytów wynosił (4, 9, 14, 21, 28)%. Przeprowadzono następujące badania; pomiar gęstości i porowatości (metodą Archimedesa), wyznaczono moduł Younga (metodą ultradźwiękową), wytrzymałości na zginanie (trójpunktowe zginanie belek) i odporności na pękanie (trójpunktowe zginanie belek z karbem). Ponadto dokonano analizy stanu naprężeń resztkowych w warstwach kompozytu przy zastosowaniu spektroskopu Kamana. Jakościowa analiza rentgenowska ujawniła obecność w badanych kompozytach następujących faz: alfa-Al2O3, Mo i Mo2C. Uzyskane spieki badanych kompozytów warstwowych cechowały się stosunkowo dobrą gęstością względną (porowatość Pc nie przekraczała 10%). Wraz ze wzrostem udziału objętościowego molibdenu w kompozytach zwiększały się liniowo ich ciężary właściwe, malały natomiast ich moduły Younga E. Wytrzymałość na zginanie betab (819 MPa), współczynnik intensywności naprężeń KIc (7,75 MPam"2) i energia pękania gamma (102 J/m2) osiągają wartość ekstremalną dla kompozytu mającego 14% obj. Mo w warstwie. Wytrzymałość oj, i odporność na kruche pękanie tego kompozytu jest przeszło 2-krotnie, a energia pękania przeszło 6-krotnie wyższa w porównaniu z Al2O3. Na podstawie dokonanych pomiarów naprężeń resztkowych przy zastosowaniu spektroskopu Ramana można stwierdzić, że w próbce z polikrystalicznego zostały wygenerowane naprężenia ściskające o wartości betaH = -46 MPa. W kompozytach, w warstwie Al2O3 ziarna są pod wpływem naprężeń ściskających (w odniesieniu do szafiru). Ziarna Al2O3 w warstwach kompozytowych Al2O3+x% obj.Mo również są pod wpływem naprężeń ściskających (w odniesieniu do szafiru), jednak ich wartość jest wyższa w porównaniu do wartości naprężeń, pod wpływem których znajdują się ziarna w warstwie Al2O3. Wartość naprężeń rośnie wraz ze wzrostem udziału Mo w kompozycie.

EN

The study was concerned with the multi-layered composites of the .../Al2O3/Al2O3+xvol.%Mo/Al2O3/... type produced by the type casting method. The volumetric contents of molybdenum in the individual layers of the composites were: (4, 9, 14, 21, 28) vol. %. The parameters examined included: density and porosity (by the Archimedes method), Young modulus (by the ultrasonic method), bending strength (three-points bending) and fracture toughness (three-points bending of notched beams). The phases identified in the multi-layered composites by the X-ray analysis were: a-Al2O3, Mo and Mo2C. The sintered composites have a relatively high relative density (the porosity does not exceed 10%) (Table 1, Fig. 3). As the volumetric share of Mo increases, their weight densities increase, whereas the Young moduli E decrease (Table 1, Figs. 3 and 4). The bending strength, the stress intensity factor KIc and the cracking energy are at a maximum in the composite with 14 vol.% of Mo in the layer. The strength and the fracture toughness of this composite are more than twice as great as that of Al2O3, and the fracture energy more than 6 times as great (Table 1, Figs. 4 and 5). The magnitudes of the residual stresses measured during the experiments show that (Table 2 and Fig. 6). The measured magnitude of the stresses depends on two effects. One is associated with the crystallographic anisotropy of the coefficient in corundum, and the other - with the interaction between the components of the composite. Taking these two effects into account, we can state that, with the Mo content between 9 and 21 vol.%, the Al2O3 grains in the Al2O3 layers of the composite are under slight tension, whereas in the composites that contain 4 and 28 vol.% Mo, they are compressed. The Al2O3 grains in the composite Al2O3+xvol%Mo layers are under compression in all the composites. The analysis of the residual stress magnitude in the composites examined is in addition complicated by the appearance of the third phase Mo2C. Its thermal and mechanical properties differ from those of Al2O3 and Mo, and it was probably this phase which is responsible for the disagreement between the expected and measured stress distributions in the composite layers. Moreover, in the composites containing above 14 vol.% of Mo, cracks appear in the Al2O3 layers (Figs. 1 and 2). They result from the tensile strength of the layer material being exceeded. The presence of the cracks also affects the magnitudes and distribution of stresses in the layers (relaxation processes) and in addition reduces the strength and fracture toughness of the composites.