Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Interlaminar cracking resistance of nonhomogeneous composite beams

Dadej K., Bieniaś J., Surowska B.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 3

144--148

EN

This article is devoted to interlaminar cracking research on carbon multidirectional fibrous-epoxy composites. Composite beams with 0°/0° 0°/45° and 0°/90° interfaces were subjected to double cantilever beam tests whereby force-crack opening displacement curves were determined. Additionally, crack length observations were conducted in order to determine the crack resistance curves of multidirectional composites. On the basis of the performed tests, it was found that the critical strain energy release rate for crack initiation is size independent of the material configuration. On the other hand, the fiber orientation is crucial to the critical strain energy release rate for crack propagation.

PL

Artykuł dotyczy badań odporności na pękanie wielokierunkowych kompozytów epoksydowo-włóknistych na bazie włókien węglowych. Belki kompozytowe z interfejsami 0°/0° 0°/45° oraz 0°/90° zostały zbadane za pomocą metody Double Cantilever Beam, w których wyznaczono charakterystyki siła - wielkość rozwarcia szczeliny. Dodatkowo prowadzono obserwacje długości pęknięcia w celu wyznaczenia krzywych odporności na pękanie kompozytów wielokierunkowych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wartość krytycznego współczynnika uwalniania energii dla inicjacji pęknięcia jest wielkością niezależną od ukierunkowania włókien. Natomiast ułożenie włókien jest kluczowe w przypadku krytycznego współczynnika uwalniana energii dla propagacji pęknięcia.

2

Analysis of cohesive zone model parameters on response of glass-epoxy composite in mode II interlaminar fracture toughness test

Dadej K., Surowska B.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 3

180--188

EN

The purpose of the performed study was to provide the best possible representation of the response of a beam subjected to Interlaminar Fracture Toughness testing in Mode II in the course of the End Notched Flexure test. The beam was modelled numerically with the results obtained in experimental tests. Furthermore, analysis was carried out in order to determine the parameters of the traction-separation law in the ABAQUS program defined for the cohesion layer, which have a key impact on the response of the cracking composite beam in the End Notched Flexure test. Experimental tests were conducted on composite beams reinforced with 'E' type fibre glass in an epoxy resin matrix. A composite plate 4.3 mm thick produced in the autoclave process was cut into beams with dimensions of 150 x 25 mm in a manner ensuring an initial delamination length of 30 mm. A numerical model of the composite material with a cohesion layer based on the determined value of fracture energy in Mode II was developed in the ABAQUS program on the basis of experimental tests. The analysis of the impact of the parameters defined in the traction-separation law on the response of the cracking composite beam was conducted on the basis of numerical simulations. The results obtained from the numerical analyses show a strong dependence between the cohesion layer parameters and the response of the composite beam, also in case of a constant value of fracture toughness. It was determined which of the parameters defined in the ABAQUS program have a key impact on the composite cracking process. Finally, very good convergence was achieved for the beam response in the numerical model and in the experiment in terms of force-displacement curves, the critical value of force and displacement causing energy release and crack length in the composite.

PL

Celem przeprowadzonych prac było jak najlepsze odwzorowanie odpowiedzi belki poddanej badaniu Interlaminar Fracture Toughness w Mode II w teście End Notched Flexure, zamodelowanej numerycznie z wynikami otrzymanymi w testach doświadczalnych. Ponadto, przeprowadzona została analiza mającą na celu zbadanie, które z parametrów prawa trakcja - separacja w programie ABAQUS definiowanego dla warstwy kohezyjnej mają kluczowy wpływ na odpowiedź pękającej belki kompozytowej w badaniu End Notched Flexure. Przedmiotem badań eksperymentalnych były belki kompozytowe wzmocnione włóknem szklanym typu E w osnowie żywicy epoksydowej. Płytę kompozytową o grubości 4,3 mm wytworzoną metodą autoklawową pocięto na belki o wymiarach 150 x 25 mm w taki sposób, żeby otrzymać długość początkową delaminacji równą 30 mm. W programie ABAQUS na podstawie badań eksperymentalnych został opracowany model numeryczny materiału kompozytowego wraz z warstwą kohezyjną bazującą na wyznaczonej wartości energii pękania w Mode II. Na podstawie symulacji numerycznych przeprowadzono analizę wpływu parametrów definiowanych w prawie trakcja - separacja na odpowiedź pękającej belki kompozytowej. Wyniki analiz numerycznych wskazują na dużą zależność pomiędzy wartościami parametrów warstwy kohezyjnej a odpowiedzią belki kompozytowej również przy stałej wartości energii pęknięcia. Przedstawiono, które z parametrów definiowanych w programie ABAQUS mają kluczowy wpływ na proces pękania kompozytów. Finalnie, osiągnięta została bardzo duża zbieżność odpowiedzi belki w modelu numerycznym i eksperymencie, biorąc pod uwagę charakterystyki siła-przemieszczenie, wartość krytyczną siły i przemieszczenia powodujących uwolnienie energii i wzrost pęknięcia w kompozycie.

3

The influence of impactor energy and geometry on degree of damage of glass fiber reinforced polymer subjected to low-velocity impact

Dadej K., Jakubczak P., Bieniaś J., Surowska B.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 3

163--167

EN

The presented research was devoted to determining the influence of impactor geometry on the degree and character of failure of a glass fibre reinforced epoxy matrix subjected to low-velocity impact. Furthermore, the relevance of impact energy and lay-up configuration of each composite plate were analysed. The subject of the tests were autoclave manufactured 8-ply glass/epoxy prepregs of the following lay-up [0/90]2s, [±45]2s and [0/±45/90]s. The laminates were subjected to low-velocity impact tests according to norm ASTM D7136 with the application of hemispherical impactors: 12.7 mm (0.5"), 25.4 mm (1") and 38.1 mm (1.5"), for three impact energies 5, 10 and 15 J. The conducted tests indicate the correlation between the diameter of the indenter and the load applied, on the degree and character of damage of the glass/epoxy composites, i.e. the higher the load, the greater the laminate failure, regardless of the lay-up configuration. Similarly, the degree of failure is greater when the diameter of the hemispherical impactor is smaller. The dominating types of failure are delaminations at the interface between the composite layers, and matrix cracks. This might occur as a result of considerable shear stresses at the laminate interface and delamination observed after impact with a smaller-diameter impactor. This is best observed in the case of a quasi-isotropic lay-up configuration, where the superposition of the delamination surface area was the highest. The use of a hemispherical impactor of the largest diameter causes bending stresses in the lower layers of the composite, and the presence of characteristic cracks in the matrix and/or at the fibre/matrix interface.

PL

Celem pracy było określenie wpływu geometrii wgłębnika na stopień i charakter zniszczenia kompozytów o osnowie epoksydowej wzmacnianych włóknem szklanym poddanych obciążeniom dynamicznym o niskiej prędkości. Ponadto w pracy dokonano analizy wpływu energii uderzenia oraz konfiguracji laminatu o różnym ułożeniu poszczególnych warstw kompozytowych. Przedmiotem badań były 8-warstwowe laminaty o osnowie epoksydowej wzmocnionej włóknem szklanym w układach [0/90]2s, [±45]2s oraz [0/±45/90]s, wytworzone metodą autoklawową. Laminaty zostały poddane testom obciążeń dynamicznych zgodnie z normą ASTM D7136 z zastosowaniem wgłębnika półsferycznego o średnicach 12,7 mm (0,5"), 25,4 mm (1") oraz 38,1 mm (1,5") dla trzech energii uderzenia 5, 10 oraz 15 J. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na wpływ średnicy wgłębnika w zależności od energii uderzenia na stopień i charakter zniszczenia laminatów o osnowie epoksydowej wzmacnianej włóknem szklanym. Wraz ze wzrostem wartości energii obciążenia dynamicznego wzrasta stopień zniszczenia laminatów, niezależnie od konfiguracji warstw. Analogicznie, stopień zniszczenia wzrasta wraz ze zmniejszeniem średnicy wgłębnika półsferycznego. Dominującym charakterem zniszczenia są deliminacje na powierzchni rozdziału poszczególnych warstw kompozytowych oraz pęknięcia. Prawdopodobnie związane jest to z obecnością w strukturze kompozytowej dużych naprężeń ścinających na powierzchni rozdziału warstw i powstawaniem delaminacji przy obciążeniach dynamicznych wgłębnikami o mniejszych średnicach. W szczególności widoczne jest dla laminatu o układzie quasi-izotropowym o największej zmienności ułożenia poszczególnych warstw kompozytowych, w którym odnotowano największą superpozycję obszaru zniszczenia badanych laminatów. Zastosowanie natomiast wgłębnika o największej średnicy powoduje powstawanie naprężeń zginających w dolnych strefach kompozytu i obecność charakterystycznych pęknięć w materiale osnowy i/lub na powierzchni rozdziału włókno-osnowa.

4

The issue of residual strength tests on thin fibre metal laminates

Jakubczak P., Bieniaś J., Dadej K., Zawiejski W.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 3

134--138

EN

Modern aircraft structures contain sheathing elements which are supposed to not only carry loads, e.g static ones, but also at the same time possess resistance to corrosion or dynamic impact. As a consequence, new kinds of hybrid materials, e.g fibre metal laminates, were created. They combine the mechanical and physical properties of various materials. Until now, the most common and widespread structures are GLARE® laminates (aluminium/glass-epoxy composites), characterised by high fatigue and static properties, as well as by impact resistance. The concurrent influence of many negative factors during exploitation causes a gradual decrease in the functional properties of these materials. One of the factors affecting e.g. static strength is low-velocity impact. Low-velocity impact often leads to macroscopically invisible damage of the composite structure, with delaminations and ply cracking occurring during impact energy absorption. Fibre metal laminates possess a much better dynamic load-carrying capacity, limiting negative ply cracking in the composite and absorbing some impact energy through elastic-plastic deformation. In order to assess the influence of low-velocity impact on the residual strength of composite materials, Compression After Impact (CAI) tests are carried out. Normalised CAI testing is used for classic 5 mm thick composite structures. However, as the literature suggests, it is not effective in the case of fibre metal laminates, particularly those with a thickness more then 1.1 mm. The work presents an analysis of the possibility of conducting an effective (ensuring valid assessment of strength reduction) CAI test for 1.5 mm thick FML panels after dynamic impact. An alternative workstation construction was proposed, and simulations and experimental verifications were conducted. It was observed that a solution based on the ASTM standard does not apply to thin FML laminated panels. Deformation of the specimen occurs in areas located far from the impact site. As a consequence, the strength values differ neither for plates with impact-induced damage nor ones without it. The proposed alternative holder construction for compression after impact of thin fibre metal laminates plates testing eliminates premature material damage. On the basis of the conducted numerical simulations, it was stated that using the ASTM holder for CAI test leads to the occurrence of the first buckling mode in the damage area, with stress concentration in its vicinity. Such a form of deformation may allow one to correctly assess the influence of impact damage on FML composites.

PL

Współczesne struktury lotnicze zawierają w sobie elementy pokryciowe, które mają za zadanie przenosić obciążenia m.in. statyczne, a przy tym być odporne na korozję czy uderzenia dynamiczne (impact). W związku z tym opracowano nowoczesne materiały hybrydowe, m.in. laminaty metalowo-włókniste, łączące w sobie właściwości różnych materiałów pod względem właściwości fizycznych i mechanicznych. Najpowszechniej znane i stosowane są dotychczas laminaty typu GLARE® (aluminium/kompozyt epoksydowo-szklany), które charakteryzują się wysokimi właściwościami np. zmęczeniowymi, statycznymi i odpornością na uderzenia typu impact. Jednoczesne oddziaływanie wielu negatywnych czynników w czasie eksploatacji sprawia, że parametry użytkowe tych materiałów stopniowo maleją. Jednym z czynników obniżających np. wytrzymałość statyczną jest oddziaływanie dynamiczne o niskiej prędkości. Uderzenia typu impact o niskiej prędkości często powoduje niewidoczne makroskopowo uszkodzenie struktury kompozytowej, która, absorbując energię uderzenia, ulega licznym rozwarstwieniom i pęknięciom osnowy. Laminaty metalowo-włókniste znacznie lepiej przenoszą obciążenia dynamiczne, ograniczając niekorzystne powstawanie pęknięć osnowy kompozytu, m.in. przez absorpcję części energii uderzenia na odkształcenie sprężysto-plastyczne. W celu oceny wpływu uderzeń typu impact na wytrzymałość materiałów, np. kompozytowych, prowadzi się badania m.in. ściskania osiowego płyt po uderzeniu (Compression After Impact). Znormalizowana próba CAI dotyczy klasycznych struktur kompozytowych o grubości około 5 mm. Jak wynika z literatury, nie jest jednak skuteczna w przypadku laminatów metalowo-włóknistych, szczególnie tych o grubościach od 1,1 mm. W pracy przedstawiono analizę możliwości prowadzenia efektywnej (zapewniającej prawidłową ocenę redukcji wytrzymałości) próby ściskania osiowego płyt FML o grubości 1,5 mm po uderzeniach dynamicznych. Zaproponowano własną konstrukcję stanowiska do badań oraz przeprowadzono symulację i weryfikację eksperymentalną. Zauważono, że rozwiązanie opracowane w normie ASTM nie sprawdza się w przypadku cienkich płyt FML. Następuje odkształcenie próbki w strefie oddalonej od miejsca uderzenia. W rezultacie wartości wytrzymałości nie różnią się względem siebie dla płyt bez uderzenia i po uderzeniu. Zaproponowana alternatywna konstrukcja uchwytu do realizacji testów CAI laminatów metalowo-włóknistych po uderzeniach dynamicznych eliminuje przedwczesne uszkodzenie materiału. Na podstawie przeprowadzonych symulacji numerycznych stwierdzono, że zastosowanie tego uchwytu prowadzi do wyboczenia materiału (pierwsza postać wyboczenia) w obszarze uszkodzenia, koncentrując naprężenia w jego okolicy. Taka forma odkształcenia może pozwolić prawidłowo ocenić wpływ uszkodzeń po uderzeniach na wytrzymałość kompozytów typu FML.