Strain rate effects on selected mechanical properties of glass-polyester laminates

• Autorzy: Gieleta, R. , Gotowicki, P. , Popławski, A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ prędkości odkształceń na wybrane właściwości mechaniczne laminatu poliestrowo-szklanego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presents the results of experimental testing of a layered cross-ply [0/90]n E-glass/polyester composite in the range of the selected compression properties at high strain rates = 2300÷4600 s−1 and a quasi-static strain rate = 0.0067 s−1. The composite was manufactured using contact technology using Owens Corning CD-600 E-glass stitched fabric and Polimal 104 polyester resin. The circular cross-section specimens of three sizes 2.5, 5 and 7.5 mm in height and 15 mm in diameter were tested in the above described experiments. To determine the static properties, quasi static experimental tests were conducted using an Instron 8802 machine in the displacement control mode at a constant crosshead speed of 1, 2 and 3 mm/min respectively for the 2.5, 5.0 and 7.5 mm specimen types. The compression loading was monitored with a load cell Instron ±250 kN, whereas the axial strain with an Instron 2620-604 extensometer using additional fixing discs. The measuring base of the extensometer was equal to the specimen height. Identification included the stress-strain curve, strength, Young’s modulus and failure strain. For the high strain rates testing, a modified Split Hopkinson Pressure Bar test system was used, containing an LTT 500 Amplifier made by Tasler, Germany and an NI USB-6366 data acquisition device made by National Instruments, USA. The failure modes observed under high strain rate loading were similar to those observed under quasi static loading. The samples predominantly failed by shear fracture. Reduction of the specimen height implies an increase in the nonlinear effects in the initial part of the stress-strain diagrams (increasing strain at same stress), probably caused by the boundary effect. The main parts of the stress-strain plots are approximately linear, thus the linear elastic-brittle material model can be assumed. It was generally observed that the compressive strength and Young’s modulus along the thickness direction are higher at high strain rate loading compared to the results at quasi-static loading.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych laminatu krzyżowego [0/90]n szkło-E/poliester w zakresie wyznaczenia właściwości mechanicznych podczas ściskania z prędkością = 2300÷4600 s-1 w badaniach dynamicznych oraz = 0,0067 s-1 w badaniach quasi-statycznych. Badany kompozyt wytworzono metodą kontaktową z użyciem tkaniny zszywanej Owens Corning CD-600 oraz żywicy poliestrowej Polimal 104. Do badań przyjęto trzy typy próbek walcowych o wysokości 2,5; 5 i 7,5 mm oraz średnicy 15 mm. W celu wyznaczenia właściwości mechanicznych statycznych przeprowadzono badania eksperymentalne z wykorzystaniem maszyny wytrzymałościowej Instron 8802 w trybie sterowania przemieszczeniem, z prędkością przemieszczenia 1, 2 and 3 mm/min, odpowiednio dla próbek typu 2,5, 5,0 i 7,5 mm. Obciążenie rejestrowano przy użyciu głowicy pomiarowej Instron ±250 kN. Pomiar odkształcenia realizowano z użyciem ekstensometru Instron 2620-604 z dodatkowym oprzyrządowaniem w postaci dysków. Baza pomiarowa ekstensometru była równa wysokości próbki. Badania identyfikacyjne obejmowały wyznaczenie zależności naprężenie-odkształcenie, wytrzymałości, modułu sprężystości oraz odkształceń niszczących. Badania przy dużej prędkości odkształceń przeprowadzono na stanowisku Zmodyfikowany Pręt Hopkinsona (SHPB - Split Hopkinson Pressure Bar), stosując wzmacniacz LTT 500 firmy Tasler, Niemcy oraz kartę pomiarową NI USB-6366 firmy National Instruments, USA. Zaobserwowano podobny mechanizm niszczenia próbek w badaniach quasi-statycznych oraz dynamicznych. Próbki niszczyły się przez ścinanie. Zmniejszenie wysokości próbki powoduje ujawnienie się efektów nieliniowych w początkowej części wykresów (zwiększenie odkształcenia przy tym samym naprężeniu). Jest to związane z efektem brzegowym. Środkowa część zależności naprężenie-odkształcenie jest w przybliżeniu liniowa, co odpowiada materiałowi liniowo-sprężysto-kruchemu. W wyniku badań zaobserwowano wzrost wytrzymałości na ściskanie oraz modułu sprężystości w kierunku prostopadłym do powierzchni warstwy laminatu wraz ze wzrostem prędkości odkształceń.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty warstwowe; kompozyt poliestrowo-szklany; prędkość odkształcenia; pręt Hopkinsona

EN

layered composite; glass-polyester composite; high strain rate; SHPB

• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 2
• Strony: 122--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gieleta, R.

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

autor

Gotowicki, P.

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

autor

Popławski, A.

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

Bibliografia

• [1] Kolsky H., An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading, Proceedings of the Physical Society 1949, 62, 676-700.
• [2] Haque A., Ali M., High strain rate responses and failure analysis in polymer matrix composites - an experimental and finite element study, Journal of Composite Materials 2005, 39, 423-450.
• [3] Harding J., Effect of strain rate and specimen geometry on the compressive strength of woven glass-reinforced epoxy laminates, Composites 1993, 24, 323-332.
• [4] Gama B.A., Gillespie Jr J.W., Mahfuz H., Raines R.P., Haque A., Jeelani S., et al., High strain-rate behavior of plain-weave S-2 glass/vinyl ester composites, Journal of Composite Materials 2001, 35, 1201-1228.
• [5] Song B., Chen W., Weerasooriya T., Quasi-static and dynamic compressive behaviors of a S-2 glass/SC15 composite, Journal of Composite Materials 2003, 37, 1723-1743.
• [6] Hou J.P., Ruiz C., Measurement of the properties of woven CFRP T300/914 at different strain rates, Composites Science and Technology 2000, 60, 2829-2834.
• [7] Hosur M.V., Adya M., Vaidya U.K., Mayer A., Jeelani S., Effect of stitching and weave architecture on the high strain rate compression response of affordable woven carbon/epoxy composites, Composite Structures 2003, 59, 507-523.
• [8] Hosur M.V., Adya M., Jeelani S., Vaidya U.K., Dutta P.K., Experimental studies on the high strain rate compression response of woven graphite/epoxy composites at room and elevated temperatures, Journal of Reinforced Plastics and Composites 2004, 23, 491-514.
• [9] Hosur M.V., Alexander J., Vaidya U.K., Jeelani S., Mayer A., Studies on the off-axis high strain rate compression loading of satin weave carbon/epoxy composites, Composite Structures 2004, 63, 75-85.
• [10] Ravikumar G., Pothnis J. R., Joshi M., Akella K., Kumar S., Naik N.K., Analytical and experimental studies on mechanical behavior of composites under high strain rate compressive loading, Materials and Design 2013, 44, 246-255.