Đặc điểm phát xạ âm của các vật liệu composite thủy tinh/epoxy phương hướng đơn dưới tác động gãy hỗn hợp

Springer Science and Business Media LLC - Tập 1 - Trang 1-14 - 2019
Stergios Goutianos1
1Department of Wind Energy, Section of Composite Mechanics and Structures, Technical University of Denmark, Roskilde, Denmark

Tóm tắt

Hiện tượng tách lớp là một trong những chế độ thất bại quan trọng nhất của vật liệu và cấu trúc composite. Một phương pháp để tránh các thiết kế bảo thủ là sử dụng các vật liệu composite có khả năng chịu hư hỏng tốt hơn. Để phương pháp này thành công, cần có một hệ thống giám sát sức khỏe cấu trúc đáng tin cậy để phát hiện và xác định hư hỏng trong quá trình vận hành. Trong bài viết này, mối liên hệ giữa sự pha trộn chế độ và các đặc điểm phát xạ âm được xác minh. Mặc dù đã có một khối lượng lớn nghiên cứu về phân tích phát xạ âm cho các vật liệu và trường hợp tải khác nhau, công việc hiện tại tập trung vào các đặc điểm phát xạ âm đơn giản và xem xét sự phụ thuộc của chúng vào một loạt các mức độ pha trộn chế độ khác nhau. Kết quả cho thấy có sự phụ thuộc mạnh mẽ của các đặc điểm phát xạ âm vào mức độ pha trộn chế độ, đặc biệt là giữa gãy chế độ I và gãy chế độ II. Các kết quả thu được có thể được sử dụng để phát triển các công cụ nhằm xác định loại tách lớp trong các cấu trúc composite trong quá trình vận hành.

Từ khóa

#tách lớp #vật liệu composite #phát xạ âm #giám sát sức khỏe cấu trúc #gãy hỗn hợp

Tài liệu tham khảo

Hayman B (2007) Approaches to damage assessment and damage tolerance for FRP sandwich structures. J Sandw Struct Mater 9:571–596 Alderliesten RC (2015) Designing for damage tolerance in aerospace: a hybrid material technology. Mater Des 66:421–428 Homan JJ (2006) Fatigue initiation in fibre metal laminates. Int J Fatigue 28:366–374 Alderliesten RC (2007) Analytical prediction model for fatigue crack propagation and delamination growth in glare. Int J Fatigue 29:628–646 Chamis CC (2004) Probabilistic simulation of multi-scale composite behavior. Theor Appl Fract Mech 41:51–61 Chamis CC (2006) Probabilistic design of composite structures. Report ASA/TM2006-214660, NASA Sørensen JD (2009) Framework for risk-based planning of operation and maintenance for offshore wind turbines. Wind Energy 12:493–506 Sørensen JD, Toft HS (2010) Probabilistic design of wind turbines. Energies 3:241–257 McGugan M, Pereira G, Sørensen BF, Toftegaard H, Branner K (2015) Damage tolerance and structural monitoring for wind turbine blades. Philos Trans A 373:20140077 Schulte K, Baron C (1989) Load and failure analyses of CFRP laminates by means of electrical resistivity measurements. Compos Sci Technol 36:63–76 Ceysson O, Salvia M, Vincent L (1996) Damage mechanisms characterisation of carbon fibre/epoxy composite laminates by both electrical resistance measurements and acoustic emission analysis. Scripta Materialia 34:1273–1280 Guemes JA, Menéndez JM (2002) Response of bragg grating fiber-optic sensors when embedded in composite laminates. Compos Sci Technol 62:959–966 Sorensen L, Botsis J, Gmür T, Humbert L (2008) Bridging tractions in mode I delamination: measurements and simulations. Compos Sci Technol 68:2350–2358 Stutz S, Cugnoni J, Botsis J (2011) Studies of mode I delamination in monotonic and fatigue loading using FBG wavelength. Compos Sci Technol 71:443–449 Sawan HA, Walter ME, Marquette B (2015) Unsupervised learning for classification of acoustic emission events from tensile and bending experiments with open-hole carbon fiber composite samples. Compos Sci Technol 107:89–97 Goutianos S, Sørensen BF (2016) Fracture resistance enhancement of layered structures by multiple cracks. Eng Fract Mech 151:92–108 Sørensen BF, Goutianos S, Jacobsen TK (2009) Strength scaling of adhesive joints in polymer–matrix composites. Int J Solids Struct 46:741–761 Dzenis YA, Saunders I (2002) On the possibility of discrimination of mixed mode fatigue fracture mechanisms in adhesive composite joints by advanced acoustic emission analysis. Int J Fract 117:L23–L28 Goutianos S, Sørensen BF (2012) Path dependence of truss-like mixed mode cohesive laws. Eng Fract Mech 91:117–132 Sørensen BF, Jørgensen K, Jacobsen TK, Østergaard RC (2006) DCB-specimen loaded with uneven bending moments. Int J Fract 141:163–176 Rice JR (1968) A path independent integral and the approximate analysis of strain concentrations by notches and cracks. J Appl Mech 35:379–386 Sørensen BF, Jacobsen TK (2009) Characterizing delamination of fibre composites by mixed mode cohesive laws. Compos Sci Technol 69:445–456 Goutianos S, Arévalo R, Sørensen BF, Peijs T (2014) Effect of processing conditions on fracture resistance and cohesive laws of binderfree all-cellulose composites. Appl Compos Mater 21:805–825 Philippidis TP, Nikolaidis VN, Anastassopoulos AA (1998) Damage characterization of carbon/carbon laminates using neural network techniques on AE signals. NDT&E Int 31:329–340 Marec A, Thomas JH, El Guerjouma R (2008) Damage characterization of polymer-based composite materials: multivariable analysis and wavelet transform for clustering acoustic emission data. Mech Syst Signal Process 22:1441–1464 Sause MGR, Müller T, Horoschenkoff A, Horn S (2012) Quantification of failure mechanisms in mode-i loading of fiber reinforced plastics utilizing acoustic emission analysis. Compos Sci Technol 72:167–174 Godin N, Huguet S, Gaertner R, Salmon L (2004) Clustering of acoustic emission signals collected during tensile tests on unidirectional glass/polyester composite using supervised and unsupervised classifiers. NDT&E Int 37:253–264 Li L, Lomov SV, Yan X (2015) Correlation of acoustic emission with optically observed damage in a glass/epoxy woven laminate under tensile loading. Compos Struct 123:45–53 Barré S, Benzeggagh ML (1994) On the use of acoustic emission to investigate damage mechanisms in glass-fibre-reinforced polypropylene. Compos Sci Technol 52:369–376 Bohse J (2000) Acoustic emission characteristics of micro-failure processes in polymer blends and composites. Compos Sci Technol 60:1213–1226 Fotouhi M, Suwarta P, Jalalvand M, Czel G, Wisnom MR (2016) Detection of fibre fracture and ply fragmentation in thin-ply UD carbon/glass hybrid laminates using acoustic emission. Composites A 86:66–76 Benzeggagh ML, Kenane M (1996) Measurement of mixed-mode delamination fracture toughness of unidirectional glass/epoxy composites with mixed-mode bending apparatus. Compos Sci Technol 56:439–449 Liang YM, Liechti KM (1995) Toughening mechanisms in mixed-mode. Int J Solids Struct 32:957–978 Swadener JG, Liechti KM, Liang YM (2002) Shear induced toughening in bonded joints: experiments and analysis. Int J Fract 114:113–132 Ageorges C, Friedrich K, Schüller T, Lauke B (1999) Single-fibre Broutman test: fibrematrix interface transverse debonding. Composites A 30:1423–1434 Schüller T, Beckert W, Lauke B, Ageorges C, Friedrich K (2000) Single fibre transverse debonding: stress analysis of the Broutman test. Composites A 31:661–670 Huguet S, Godin N, Gaertner R, Salmon L, Villard D (2002) Use of acoustic emission to identify damage modes in glass fibre reinforced polyester. Compos Sci Technol 62:1433–1444 Sause MGR, Gribov A, Unwin AR, Horn S (2012) Pattern recognition approach to identify natural clusters of acoustic emission signals. Pattern Recognit Lett 33:17–23 Turon A, Camanho PP, Costa J, Renart J (2010) Accurate simulation of delamination growth under mixed-mode loading using. Compos Struct 92:1857–1864 Daneshjoo Z, Shokrieh MM, Fakoor M, Alderliesten RC (2018) A new mixed mode I/II failure criterion for laminated composites considering fracture process zone. Theor Appl Fract Mech 98:48–58 Goutianos S (2017) Derivation of path independent coupled mix mode cohesive laws from fracture resistance curves. Appl Compos Mater 24:983–997 Serrano E, Gustafsson PJ (1999) Influence of bondline brittleness and defects on the strength of timber finger-joints. Int J Adhesion Adhesives 19:9–17