DOI 10.24411/1683-805X-2018-16014

 

УДК 539.421.5 

 

Five double cantilever beam specimens were tested quasi-statically to obtain a G_Ir resistance curve. In addition, nine double cantilever beam specimens were tested in fatigue to obtain a Paris-type relation to describe the delamination propagation rate da/dN where a is delamination length and N is the cycle number. Displacement ratios of R_d = 0.10 and 0.48 were used for five and four specimens, respectively. The specimens were fabricated by means of a wet layup process from carbon fiber reinforced polymer plies. The interface containing the delamination was between a unidirectional fabric and a woven ply. The fracture toughness and fatigue delamination propagation protocols are outlined. The mechanical and thermal residual stress intensity factors were obtained by means of finite element analyses and the conservative M-integral along the delamination front. They were superposed to determine the total stress intensity factors. It was found that the total mode I stress intensity factor dominates the other two stress intensity factors. Thus, nearly mode I deformation was achieved. Interpolation expressions for the mechanical and thermal residual stress intensity factors were determined using three and two-dimensional fittings, respectively. Results are presented with an expression for G_Ir determined. Moreover, the fatigue data is described including threshold values and master curves. These results shed light on the behavior of delamination propagation in multidirectional laminate composites.

Keywords: constant amplitude, fatigue delamination growth rate, fiber reinforced composites, fracture toughness, resistance curve, R-ratio

 

Вязкость разрушения типа I и усталостное расслоение слоистого пластика с различной ориентацией волокон, полученного методом мокрого формования

В ходе квазистатических испытаний пяти двухконсольных образцов получена кривая сопротивления G_Ir. Также проведены испытания девяти двухконсольных образцов на усталость и получено уравнение типа Пэриса для описания скорости распространения расслоения da/dN, где a - длина расслоения, N - число циклов. При этом использовали коэффициенты смещения R_d = 0.10 и 0.48 для пяти и четырех образцов соответственно. Образцы изготавливали методом мокрого формования из полимерных слоев, армированных углеродным волокном. На границе раздела между однонаправленной тканью и плетеным полотном задавали расслоение. Представлены данные по распространению усталостного расслоения и вязкости разрушения. С использованием анализа методом конечных элементов и М-интеграла найдены коэффициенты интенсивности механических и термических остаточных напряжений вдоль фронта расслоения. Путем их наложения определены суммарные коэффициенты интенсивности напряжений. Показано, что коэффициент интенсивности напряжений нормального отрыва доминирует над двумя другими коэффициентами интенсивности напряжений, за счет чего деформация протекает нормальным отрывом. С помощью трехмерного и двумерного сглаживания получены интерполированные выражения для коэффициентов интенсивности механических и термических остаточных напряжений соответственно. Результаты представлены с использованием кривой G_Ir. Описаны усталостные характеристики, включая пороговые значения и обобщенные кривые. Полученные результаты дают представление о поведении расслоения в слоистых композитах с различной ориентацией волокон.

Ключевые слова: постоянная амплитуда, скорость распространения усталостного расслоения, волокнистые композиты, вязкость разрушения, кривая сопротивления

 

 

 

T. Chocron , L. Banks-Sills  Nearly mode I fracture toughness and fatigue delamination propagation in a multidirectional laminate fabricated by wet layup // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 6. - С. 103-134