Metody A Normy Pro Zkoušení Kompozitních Materiálů

Metody a normy prozkoušení kompozitníchmateriálůKarel DoubravaČVUT v Praze, Fakulta strojní

Zkoušení laminátů– Vlákna, Matrice, Laminy, Lamináty Zkoušení sendvičů Odporová tenzometrie nakompozitních konstrukcích2

Vlákna ASTM D 3379 ASTM D 4018 Zkouška jednosměr. laminátuASTM D 3039Vlastnost 0 100Vlastnost f [%] Vf3

Matrice Tah ASTM D 638Fmtu , Fmty , Emt , mt , mtu Tlak D 695Fmcu , Fmcy , Emc , mc , mcu(prizma, válce, tenké vzorky) Smyk ASTM E 143, ASTM D 5379Fmsu , Fmsy , Gms4

Druhy zkoušek – laminy,lamináty Tah (ASTM D 3039)Tlak (ASTM D 3410, ASTM D 695)Smyk (ASTM D 3518, D 5379, )Interlaminární smyk (ASTM D 2344)5

Tahová zkouškaASTM D 3039 Pevnost v tahu Modul pružnosti Poissonovo číslo 1b 1aE1 b 1 1aa 0,1%, b 0,3%6

ASTM D 3039 klasifikaceporuch1. znakMód poruchyAnglededgeDelaminationGrip/tab2. znakPlocha poruchy3. znakMístoporuchyA Inside grip/tab I BottomD At grip/tabA TopG 1Wfromgrip/tabLateralL GageMulti—modeM Multiple areaslong.-Splitting S VariouseXplosiveX UnknownOtherOBTA LeftLG RightM MiddleV VariousU UnknownRMVU7

Tlakové zkoušky ASTM D-695 (SACMA SRM-1) ASTM D 3410 (Celanese, IITRI) ASTM D 54678/8

Tlakové zkouškyASTM D-695 Pevnost v tlaku Modul pružnosti v tlaku 1b 1aE1 b 1 1ahttp://www.wyomingtestfixtures.com/9

Tlakové zkouškyASTM D m/10

ASTM D 3410 klasifikaceporuch1. znakMód poruchyAngledBroomingend-CrushingDelaminationEuler buclingtHrough-thicknessKink bandsLateral2. znak3. znakPlochaMístoporuchyporuchyA Inside grip/tab I BottomB At grip/tabA TopC GageG LeftD Multiple areas M RightE Tab adhesive T MiddleH VariousV VariousK UnknownU UnknownLMulti—modeMlong.-SplittingSTransverse shearTeXplosiveXOtherOBTLRMVU11

ASTM D 54671. znakMód poruchyF cuh P max lm a y f 2 E22w h f a y 0 h a y 2 Ef c 2 w 2. znakPlochaporuchy3. znakMístoporuchyskin to coreDelaminationFilament fracturetHrogh-ticknessLayer instabilitylocal WrinklingMulti-modeD At loadA LeftcyclinderF GageG RightH Multiple areas M MiddleL Outside gage O VariousW VariousV UnknownM UnknownUcore CrushingClong.-SplitingSh Plm a Transversey f shear2 eXplosive E2h f a y 0 ha y 2 Other E fTXLRMVU b aE b aOa 0,1%, b 0,3%12

Smykové zkoušky Jednoosý tah 45 laminátu Smykové testy s dvojitým a trojitýmvedením Smykový vzorek s V vrubem(Iosipescu, s vedením) Krut tenkostěnné trubky13

Smyk - Jednoosý tah 45 laminátu BS EN ISO 14,129, ASTM D 3518 Vzorek vrstva 0,125 mm, 16 vrstev xx yy xx xx 11 xy; 22 xy; 12 xy 11 22 ; 12 xx yy222 xx 12b 12aG12 b2 xx yy 12 12aS12 14Pmax2bh

Smykové testy s dvojitýmvedením ASTM D 42552)http://www.wyomingtestfixtures.com/S xy PmaxLhG12 xy xy P2 Lh 4515

Smykové testy s trojitýmvedením ASTM D 42553)http://www.wyomingtestfixtures.com/S xy Pmax2 LhG12 xy xy 16 P4 Lh 45

Smyk -- Smykový vzorek s Vvrubem (Iosipescu)ASTM D 5379PiPuF , i w hw huhttp://www.wyomingtestfixtures.com/ 45 45 17 G

ASTM D 537918

Smykový vzorek s V vrubemASTM D 7078PiPuF , i w hw hu 45 45 http://www.wyomingtestfixtures.com/19G

ASTM D 707820

Krut tenkostěnné trubkyASTM D 54482TRo Ro4 Ri4 xy xyG12 xy ( 45 45 ) xy 2)21

Smyk krátkého nosníkuASTM D 2344F sbs 0.75Pmbhhttp://www.wyomingtestfixtures.com/22

Interlaminární pevnostMód I ASTM D 5528GI 3 P 2baMód I mód II ASTM D 667123

Sendviče Tah ASTM C 297Tlak ASTM C 364, C 365, D7336Smyk ASTM C 273, C393Ohyb ASTM D 7249, D 5467Impact ASTM 776624

Příčný tlak ASTM C 364Pmax w(2t fs )1. znakMód poruchy2. znakPlocha poruchy3. znakMísto poruchyFacesheet compressionFacesheet delam. BucklingHoneycomb FacesheetDimplingCore CompressionCore ShearFBDAt endGageVariousA TopG BottomV MiddleTBMCSUnknownU VariousUnknownVUMulti-modeMOveral Panel bucklingPeXplosiveXOtherO25

Tah ASTM C 297FzftuPmax Avelikost buňkymin [mm] 36max[mm]36926min. plochvzorku[mm2]62525005625

Tlak ASTM C 365PmaxFz A P0, 003 P0, 001 tfcEz 0,003 0,001 Afcuvelikost buňkymin [mm] 36max[mm]369min. plochvzorku[mm2]6252500562527

Smyk jádra ASTM C273 Pu tLb P / u tG Lb1. znakMód poruchy2. znakPlochaporuchyCore ShearSInterface failureIeXplosiveXOtherOAt endGageOne CornerVariousUnknown3. znakMísto poruchyAGCVUTopTBottomBMiddleMEntire Length EVariousVUnknown28U

Smykové vlastnosti jádra zohybu sendviče ASTM C 393ultsFPmax (d c)b1. znakMód poruchycore Crushingskin to coreDelaminationFacing failureMulti-modetransverseSheareXplosiveOther2. znakPlochaporuchy3. znakMísto poruchyC At load bar A CoreD GageG Core-facingbondF MultipleM BottomareasfacingM One Corner C Top facingS VariousV both FacingCAX UnknownOVU29U VariousUnknownBTF

Vlastnosti potahů z ohybudlouhých nosníkůASTM D 72491. znakMód poruchycore Crushingskin to coreDelaminationFilament tanadrdní4PB3PB4PB čtvrtinováVzdálenostpodpor560 mmSSVzdálenostsil100 mm0S/24PB třetinováSS/3Pmax ( S L)F 2(d c)btuLayer 2. znakPlochaporuchy3. znakMísto poruchyC At load bar A CoreD GageG Core-facingbondF MultipleM Bottom facingareasH OutsideO Top facinggageL VariousV both FacingM UnknownU VariousPUnknownNlocal WrinklingWtransverse ShearSeXplosiveXOtherO30CABTFVU

Odolnost na impakt ASTM7766 Modifikace ASTM 6264, 7136 (vlák. komp.)E CF t31

Lepené spoje Tah ASTM D897, ASTM D2095 Smyk ČSN EN 1465, ASTM D 1002, EN2243-1, D3164 Odlup (ČSN EN ISO 11339, EN 2243-3,ASTM D3167)32

Poruchy lepených spojů33

Tah ASTM D897, ASTM D209534

Smyk ČSN EN 1465, ASTM D 1002, EN 2243-1,D316435

Smyk ASTM D 352836

Smyk ČSN EN 14869-237

Smyk cyklické zatížení ČSN EN ISO 9664 ASTM D316638

Odlup ČSN EN2243 ASTM D1786 ČSN ASTM D187639

Inserty Tah (vytrhávání) Smyk KrutZdroje: ASTM Standards40

Odporová tenzometrie nakompozitních konstrukcích Velikost (6mm) Odpor 350Ω, napájecí napětí tepelný výkon Teplotní kompenzace (půlmostovézapojení) Dvousložkové tmely Příprava povrchu Vlhkost41

Optická vláknaPlošné sledování deformací Moiré DIC, ESPI, SherografieNDT AE

Optické vláknoprimární ochrana(polyakrilát, poliamid, .)[ø150-250μm]plášť(sklo, n 1,46)[ø125μm]jádro(sklo, n 1,48)[ø8-10μm]Optické vláknovnější plastovýobalvnitřní vložkaaramidová výztužOchrana optického vlákna

posun spektra způsobenýzkrácením mřížky-Δspektrum z optickéhozdrojeposun spektra způsobenýprodloužením mřížky Δvlnová délka[nm]část spektra odražená zpětmřížkouvlnová délka[nm]vlnová délka[nm]optickýrozbočovačspektrometroptický zdrojBraggova mřížkaspektrometrBraggova vlnová délka . B 2.n.

Braggova vln. délka . B 2.n. jádron efektivní index lomu jádra opt. vlákna perioda mřížky [nm]plášťΛRelativní změma změna Braggovy vlnové délky způsobená deformacía změnou teplotyΔλB k .ε kT . TλBkε defromační koeficientΔλBSTRAIN λB .( 1 p).εp defromačně optický koeficient koeficient teplotní roztažnosti opt.kT teplotní koefficient teplotyvláknaΔλBTEMP . λB .(α ξ). ΔTξ teplotně optický koeficient

Aparatury

Aplikace - sledování křídla Křídlo letadla kategorie UL PhoenixAir U152 vlákna 11 snímačů v hlavnímnosníkuKořenovéžebro10 FBG sensors - tlak1 FBG sensor - tah

Instlace – Phoenix Air Ústí nad Orlicí

Statická destrukční zkouška (VUTBrno)

Moiré

Digitální korelace obrazu

Sherography

Akustická emise

Akustická emise

Zdroje1)Mallick, P. K. Composites Engineering Handbook, CRCPress, 1997, ISBN 08247930482) Hodgkinson, J.M. Mechanical testing of advenced fibrecomposites, Woodhead Publishing 2000, ISBN18557331293) Carlsson, L.A., Adams, D.F., Pipes, R.B. ExperimentalCharacterization of Advanced Composite Materials, ThirdEdition, CRC Press, 2002 , ISBN15871610014) COMPOSITE MATERIALS HANDBOOK – VOLUME 1, PolymerMatrix Composites, Guidelines for Characterization ofStructural Materials MIL-HDBK-17, US Army ResearchLaboratory, 2002, Fort Belvoir, ) Valenta, F. , kol.: Pružnost pevnost III, 2003, ČVUT v Praze ) Kopec, B. a kol.:Nedestruktivní zkoušení materiálů akonstrukcí 2008, Brno,CERM55 ) www.dantecdynamic.com

ASTM D 3379 ASTM D 4018 Zkouška jednosměr. laminátu ASTM D 3039 3 f f V Vlastnost Vlastnost 100 [%] 0 Matrice Tah ASTM D 638 Tlak D 695 (prizma, válce, tenké vzorky) Smyk ASTM E 143, ASTM D 5379 4 s m sy m su Fm,F,G tu m t m t m ty m tu Fm,F,E, , cu m c m c m cy m cu Fm,F,E, , Druhy zkoušek – laminy, lamináty Tah (ASTM D 3039) Tlak (ASTM D 3410, ASTM D .