Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Research of dependence of the damage area on tow width on filament-wound composite tubes

Bobrowska M., Barcikowski M., Rybczyński R.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2017

|

Nr 1 (246)

7--14

EN

This paper explores the effect of tow width on the damage area produced by high velocity impacts on glass fiber/epoxy composite structures made by filament winding. The subject of the research were a four-layered composite tubes that have been designed using matrix method. The method was used to select mosaic patterns with different rest of the winding stroke and number of interlaces, which arc places of stress concentration and which affect the strength of the composite. The narrowest (5 mm) and the widest (17 mm) tow width available was chosen. Composite filament-wound structures were subjected to a high velocity impact by a 2.0 g spherical hardened steel impactor propelled to a velocity of 140 ÷ 170 m/s using a gas gun. It was observed that dependence of the damage area on tow width on filament-wound composite tubes is possible.

PL

Niniejszy artykuł stanowi charakterystykę wpływu szerokości nawijanej wiązki na wielkość pól uszkodzeń będących następstwem udaru wysokiej prędkości w szklano-epoksydowych konstrukcjach kompozytowych, wytworzonych metodą nawijania włókna na mokro. Badaniom poddano cztery warstwowe rury kompozytowe, nawinięte według wybranych wzorów mozaikowych, zaprojektowanych z użyciem metody tablicowej, różniących się wartością reszty skoku nawijania oraz liczbą przeplotów, będących miejscami koncentracji naprężeń i znacząco wpływających na wytrzymałość kompozytu. Wybrano dwie szerokości wiązki: najwęższą (5 mm) oraz najszerszą (17 mm) dostępne dla danej nawijarki. Badania udarności kompozytowych konstrukcji nawijanych przeprowadzono, strzelając w obiekt impaktorem w postaci ulepszonej cieplnie, stalowej kulki o masie 2.0 g napędzanej działem gazowym, z prędkością 140 170 m/s. Stwierdzono, że szerokość nawijanego pasma może wpływać na wielkość pól uszkodzeń badanych kompozytów.

2

Ocena uszkodzeń udarowych rur kompozytowych wykonanych metodą nawijania i zaprojektowanych według metody tablicowej

Bobrowska M., Barcikowski M.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 3 (244)

26--40

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań uszkodzeń będących następstwem udaru wysokiej prędkości w konstrukcjach kompozytowych wytworzonych metodą nawijania włókna na mokro. Przebadano pięć warstwowych rur kompozytowych, ktore zostaty zaprojektowane i wytworzone w taki sposób, aby była możliwa ocena wpływu struktury wzmocnienia - trzech, różnych wzorów mozaikowych - na rozmiar a także na charakter uszkodzeń powstałych w kompozycie na skutek udaru. Wzory mozaikowe dobrano z użyciem metody tablicowej, która pozwoliła uzyskać wiele wzorów mozaikowych różniących się wartością reszty skoku nawijania oraz liczbą przeplotów, będących miejscami koncentracji naprężeń i znacząco wpływających na wytrzymałość kompozytu. Udarność kompozytowych konstrukcji nawijanych badano w zakresie dużych prędkości 140-170 m/s. Trudno jednoznacznie określić, który z wzorów mozaikowych ma największą odporność udarową z zakresu wysokich prędkości.

EN

This work presents results of high velocity impact damage in composite filament-wound structures. The subject of research was five-layered composite pipes that have been designed and manufactured in such way as to be able to assess the effect of reinforcement structure - three different mosaic patterns-on the size and nature of impact damage in the composite. The selection of mosaic pattern was based on an array method. It allows to get a lot of mosaic patterns with different rest of the winding stroke and the number of interlaces, which are places of stress concentration and significantly affect the strength of the composite. Impact strength of the composite filament-wound structures was tested in the range of the high velocity impact of 140-170 m/s. It is difficult to define which mosaic pattern has the highest impact resistance in the field of high velocity impact.

3

Dependence of the damage area on impact energy in filament-wound composite tubes

Bobrowska M., Barcikowski M.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 4 (245)

7--15

EN

The research presented in this paper sought to characterize the relationship between the extent of delamination and impact energy in filament-wound composite structures. The subjects of the research were five-layered composite tubes that have been designed using the matrix method. This method was used to select three different mosaic patterns with different rest of the winding stroke parameters and number of interlaces. The interlaces are stress concentration locations and affect the strength of the composite. The tubes were manufactured using E-glass fiber roving reinforcement and epoxy resin. The composite filament-wound structures were subjected to a high velocity impact from a 2.0g spherical hardened steel impactor propelled to a velocity of 140 - 170 m/s using a gas gun. Linear dependence of the damage area to the impact energy on filament-wound composite tubes, found in a previous study for polyester-matrix glass fibre-reinforced laminates, could be confirmed for only one material in this study.

PL

Wyniki badań prezentowane w niniejszym artykule stanowią charakterystykę zależności pól uszkodzeń od energii udaru wysokiej prędkości w konstrukcjach kompozytowych wytworzonych metodą nawijania włókna na mokro. Przedmiotem badań było pięć warstwowych rur kompozytowych zaprojektowanych z użyciem metody tablicowej. Metoda ta posłużyła do wyboru trzech wzorów mozaikowych różniących się wartością reszty skoku nawijania oraz liczbą przeplotów, będących miejscami koncentracji naprężeń i znacząco wpływających na wytrzymałość kompozytu. Wzmocnienie kompozytu stanowił rowing szklany ze szkła typu E, materiałem osnowy była natomiast żywica epoksydowa. Udarność kompozytowych konstrukcji nawijanych badano w zakresie dużych prędkości 140 170 m/s z użyciem impaktora w postaci stalowej, ulepszonej cieplnie kulki o masie 2,0 g wystrzeliwanej z działa gazowego. Liniowa zależność pól uszkodzeń od energii udaru dla rur kompozytowych wytworzonych przez nawijanie włókna na mokro we wcześniejszych badaniach potwierdzona dla laminatów poliestrowo-szklanych, została zaobserwowana jedynie dla jednego materiału.

4

Wpływ wysokoenergetycznego udaru na postać niszczenia balistycznych polimerowych kompozytów szklanych i węglowych

Gmitrzuk M., Smoczyński Z.

Przemysł Chemiczny

|

2014

|

T. 93, nr 2

251-255

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu uderzeń wysokoenergetycznych przy użyciu dwóch rodzajów penetratorów na postać niszczenia kompozytów szklanych i węglowych. Do badań użyto nieodkształcalnych penetratorów w postaci odłamków standardowych o masie 1,1 g oraz pocisków z odkształcalnym rdzeniem 9 mm FMJ Parabellum. Wykazano, że kształt oraz materiał, z którego są wykonane pociski, mają duże znaczenie podczas penetracji kompozytów. Ponadto stwierdzono, że główną przyczyną delaminacji w kompozytach z warstwami wzmocnienia w postaci tkanin o strukturze czteroosiowej utworzonych z włókien jednokierunkowych jest propagacja pęknięć wzdłuż uprzywilejowanych kierunków włókien wzdłużnych.

EN

Two C and glass textiles-reinforced epoxy resin-matrix composites were studied for penetration resistance with std. fragmentation fir (1.1 g) and Parabellum projectiles with 9 mm deformable core. Delamination of the composites proceeded the propagation of cracks along privileged directions of longitudinal fibres.

5

Effect of resin modification on the impact strength of glass-polyester composites

Barcikowski M., Królikowski W.

Polimery

|

2013

|

T. 58, nr 6

450-460

EN

Fiber-reinforced plastics (FRP) are nowadays used commonly for constructions subjected to impacts of different energies and velocities, therefore the problem of their impact resistance is very important. One of the methods to improve impact properties of the composites is resin modification with elastomeric phase. In this study the effect of resins addition on properties of composites of unsaturated polyester (UP) resins with glass fibers was investigated. At the first stage, the properties of Polimal 109-32K UP resin modified by the addition of reactive liquid rubbers were tested. The wettability of glass fibers by resin compositions was also tested. Composites were then prepared with the addition of 2 and 6 phr of epoxy or vinyl terminated butadiene-acrylonitrile rubbers (ETBN or VTBN, respectively), as well as 5 and 15 wt. % of Polimal 150 elastic UP resin. These composites were subjected to mechanical tests. Impact properties were tested using Charpy method, as well as by a ballistic impact using a gas gun. After the ballistic impact, damage extent and residual strength as well as water leakage through the composites were evaluated. The damage was also investigated under a microscope. The damage extent was confirmed to be linearly dependent on the impact energy. The addition of rubber was found to decrease the damage extent and increase post-impact residual strength, as well as decrease water leakage rate.

PL

Kompozyty poliestrowo-szklane znajdują coraz szersze zastosowania do wytwarzania różnych konstrukcji poddawanych działaniu udarów o różnych energiach i prędkościach. Jednym ze sposobów polepszenia udarności kompozytów może być modyfikacja żywicy poliestrowej, stanowiącej matrycę, dodatkiem fazy elastomerowej. W ramach pracy zbadano wpływ wprowadzenia kauczuków na właściwości kompozytów nienasyconych żywic poliestrowych z włóknem szklanym. Pierwszym etapem prac było zbadanie właściwości poliestrowej żywicy konstrukcyjnej Polimal 109-32K modyfikowanej kauczukami (tabela 2, rys. 4). Metodą elektrooptyczną określono wpływ modyfikacji kompozycji na proces zwilżania włókna szklanego żywicą (rys. 5). Płyty kompozytowe przygotowano z użyciem pętlicowej maty szklanej i żywicy poliestrowej Polimal 109-32K modyfikowanej dodatkiem 2 lub 6 części na sto (phr) kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego z epoksydowymi lub winylowymi grupami końcowymi (odpowiednio ETBN lub VTBN) w postaci przedmieszek ze styrenem (50:50). Dla porównania zastosowano również modyfikację żywicą elastyczną Polimal 150 w ilościach 5 i 15 % mas. Kompozyty poddano badaniom mechanicznym, w szczególności udarowym. Właściwości udarowe kompozytów badano metodą Charpy'ego, jak również poddając próbki „ostrzałowi” z użyciem działa gazowego (tabela 1, rys. 3). Po ostrzale, zbadano rozległość powstałych uszkodzeń (rys. 8 i 9), także po udarach wielokrotnych (rys. 10 i 11). Zbadano także wytrzymałość poudarową kompozytów (rys. 12 i 13) oraz wykonano próby przecieku wody (rys. 14 i 15). Przekroje uszkodzeń kompozytów zostały poddane oględzinom mikroskopowym (rys. 16). Potwierdzono liniową zależność powierzchni obszaru uszkodzonego pod wpływem udaru od energii udaru. Dodatek obu stosowanych ciekłych kauczuków reaktywnych zmniejszał rozmiar pola uszkodzeń oraz podwyższał wytrzymałość pozostałą kompozytów, wpływał również na zmniejszenie przecieków wody.

6

Impact damage in polyester-matrix glass fibre-reinforced composites. Part I. Impact damage extent

Barcikowski M., Semczyszyn B.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 3

230-234

EN

Fibre-reinforced composites are susceptible to damage resulting from impacts. This damage may lead to a reduction of composite strength and load-bearing abilities, both in static loading as well as during subsequent impact events. Composites with improved tolerance to ballistic impact using inexpensive, common materials i.e. E-glass fibre and unsaturated polyester resin, have been manufactured by means of modern, yet popular moulding technology. Composite materials were reinforced with an E-type glass fibre in the form of a continuous filament mat and woven roving. The fibre content in the composites was varied to evaluate the effect of the reinforcement fraction on impact tolerance. The composites were manufactured using the Resin Transfer Moulding (RTM) method. The extent of damage in glass fibre/polyester composites after non-penetrating ballistic impact has been evaluated. Samples of the manufactured laminates were subjected to impact using a compressed-air gun test assembly. The impactor was a free-flying 3-gram hardened steel sphere, and the impact velocities were up to 125 m/s. After the impact and damage evaluation, the samples were photographed in transmitted light, and the obtained images were digitally processed by software to measure the area of delamination. It was found that the damaged area is directly proportional to the impact energy. Moreover, reinforcement in the form of a continuous-filament mat compares favourably to loose woven roving; such reinforced composites have a much smaller area of delamination after impact of a given energy. The impacted samples were sectioned and imaged microscopically in low magnification. The damage in continuous-filament mat-reinforced composites is visibly less severe than in composites with fabric reinforcement.

PL

Kompozyty wzmocnione włóknami są podatne na uszkodzenia powstałe w wyniku udarów. Uszkodzenia te mogą prowadzić do obniżenia wytrzymałości kompozytów oraz ich zdolności do przenoszenia obciążeń, zarówno przy obciążeniach statycznych, jak i podczas kolejnych zdarzeń udarowych. W pracy podjęta została próba wytworzenia kompozytów o podwyższonej odporności na udar balistyczny z użyciem niedrogich, powszechnie stosowanych materiałów, takich jak włókno szklane typu E i nienasycona żywica poliestrowa, za pomocą nowoczesnej, a jednocześnie popularnej na świecie metody formowania. Wykorzystano kompozyty wzmocnione włóknem szklanym typu E w postaci maty z włókien ciągłych i tkaniny rovingowej. Zawartość włókien w kompozycie była zmieniana w celu zbadania wpływu udziału wzmocnienia na odporność udarową kompozytu. Materiały zostały wytworzone z użyciem metody RTM (Resin Transfer Moulding). Przeprowadzono ewaluację rozległości uszkodzeń kompozytów poliestrowo-szklanych po niepenetrującym udarze balistycznym. Próbki wytworzonych laminatów zostały poddane udarowi z użyciem urządzenia udarowego napędzanego sprężonym powietrzem. Impaktorem była swobodna, 3 gramowa kula z utwardzonej stali, a prędkości udarów sięgały 125 m/s. Po udarze oszacowana została rozległość uszkodzeń. W tym celu próbki zostały sfotografowane w świetle przechodzącym i poddane cyfrowej analizie obrazu, aby zmierzyć powierzchnię delaminacji. Pole uszkodzeń okazało się być wprost proporcjonalne do energii udaru. Co jest istotne, materiały wzmocnione matą z włókien ciągłych wypadły korzystnie w porównaniu z tymi wzmocnionymi tkaniną rovingową, tj. cechowały się wyraźnie mniejszym polem uszkodzeń po udarze o danej energii. Próbki po badaniu udarowym zostały przecięte i poddane oględzinom mikroskopowym pod niewielkim powiększeniem. Kompozyty wzmocnione matą z włókien ciągłych odniosły wyraźnie mniej poważne uszkodzenia.

7

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

Barcikowski M., Semczyszyn B.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 3

235-239

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.

8

Remaining strength in glass/polyester laminated composites subjected to ballistic impact

Barcikowski M.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

271-275

EN

Fibre-reinforced plastics (FRP) are susceptible to damage resulting from impacts, even non-penetrating ones. This damage, even without outright destruction, may lead to reduction of fibre-reinforced plastics strength and static load-bearing abilities. This paper presents the results of three-point flexural tests on glass fibre/polyester composites after non-penetrating ballistic impact, where the word "ballistic" refers to a high-speed free-flying impactor (projectile). This is a continuation of previous studies, during which the extent of damage in glass/polyester composites after non-penetrating ballistic impact was evaluated. Materials used in the study were laminated composites produced via the Resin Transfer Moulding (RTM) technology. This laminates were produced using Polimal 1094 AWTP-1 unsaturated polyester resin and E-glass reinforcement in the form of multiple perpendicular layers of chopped-strand mats, continuous-filament mats, twisted-yarn fabrics and woven rovings. Composites with varying thickness, number of layers and fibre content were produced. The impactor is a free-flying 3 g steel ball propelled from a gas gun. Two striking velocities were tested - 60 and 70 m/s, producing impact energies of 5.4 and 7.35 J accordingly. After the impact, the extent of damage in samples (100x100 mm square plates) was evaluated through digital image analysis. The as-impacted samples were then subjected to three-point bending under set conditions. The results were compared to the results of identical examination of undamaged samples and the reduction in mechanical properties was determined. In all cases, the reduction in strength and load-at-break value was noticed. Thicker, more reinforced laminates show lower loss of mechanical properties, than thinner ones. Difference between strength and load-at-break approach for load-bearing abilities reduction was discussed, and the conclusion is that the latter is preferred to the former in laminated composites due to high thickness dependence of strength. Comparing reinforcement types, continuous-filament mat is superior to chopped-strand mat and woven-rovings. Tightly woven twisted-yarn fabric compares favourably to the woven rovings.

PL

Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami (FRP - Fibre Reinforced Plastics) są wrażliwe na uszkodzenia w wyniku udarów, nawet niepenetrujących. Uszkodzenia te, nawet gdy nie wystąpi całkowite zniszczenie, mogą prowadzić do znacznego obniżenia wytrzymałości i zdolności do przenoszenia obciążeń przez kompozyty wzmocnione włóknami. Artykuł przedstawia wyniki prób trzypunktowego zginania kompozytów poliestrowo-szklanych po niepenetrujących udarach balistycznych, gdzie słowo "balistycznych" odnosi się do szybko lecącego, swobodnego impaktora (pocisku). Artykuł ten jest kontynuacją wyników wcześniejszych badań, w których określono rozległość uszkodzeń w kompozytach poliestrowo-szklanych po niepenetrującym udarze balistycznym. Materiały użyte do niniejszych badań to warstwowe kompozyty poliestrowo-szklane wykonane techniką RTM (Resin Transfer Moulding). Laminaty te wytworzono z wykorzystaniem nienasyconej żywicy poliestrowej Polimal 1094 AWTP-1 i wzmocnienia z włókna szklanego typu E w postaci wielu prostopadłych warstw mat z włókien ciętych, mat z włókien ciągłych, tkanin z jedwabiu szklanego oraz plecionek rowingowych. Wykonano kompozyty o zróżnicowanej grubości, liczbie warstw i zawartości wzmocnienia. Impaktorem jest swobodnie lecąca stalowa kulka o masie 3 g rozpędzona przy użyciu działa gazowego. Próby przeprowadzono przy dwóch różnych prędkościach - 60 i 70 m/s, uzyskując przy tym energie udaru wynoszące, odpowiednio, 5,4 i 7,35 J. Po udarze rozmiary pola uszkodzeń próbek (kwadratowych płytek o wymiarach 100x100 mm) zostały zmierzone za pomocą cyfrowej analizy obrazu. Próbki w takiej samej formie, w jakiej zostały poddane udarowi, poddane zostały 3-punktowemu zginaniu w ustalonych warunkach. Rezultaty badania zginającego zostały porównane z wynikami uzyskanymi dla próbek nieuszkodzonych. Zaobserwowano pogorszenie wytrzymałości i obciążenia przy złamaniu w porównaniu z próbkami nieuszkodzonymi. Różnice pomiędzy podejściem od strony wytrzymałości a podejściem od strony obciążenia krytycznego jako parametrami opisującymi zdolność do przenoszenia obciążeń zostało przedyskutowane. Wzmocnienie w postaci mat z włókien ciągłych i gęsto tkanych tkanin z jedwabiu szklanego wypadają korzystnie w porównaniu z matami włókien ciętych i luźnymi plecionkami rowingowymi.