Behaviour of composite materials under impact loading

Abstract

Bu çalışmada, tabakalı kompozitlerin darbe davranışlarını incelemek amacıyla, cam/epoksi, karbon/epoksi ve cam/karbon hibrit kompozit plakalar üzerine 20, 90 ve -50 °C sıcaklık koşullarında düşük hızda darbe testleri yapılmıştır. Düşük orta ve yüksek enerji seviyelerinde kompozitlerin darbe davranışları, maksimum kontak kuvveti, kalıcı deformasyon, maksimum kuvvete karşılık gelen enerji ve absorbe edilen enerji gibi darbe parametreleri açısından değerlendirilmiştir. Enerji profil diyagramları ve kuvvet deplasman eğrileri farklı numune tipi ve sıcaklıklar için çizilmiştir. Yedi ay deniz suyunda bekletilen numunelere de aynı darbe testleri yapılmıştır. İlk hasar, delinme ve hasar yayılma enerjileri her numune ve sıcaklık için elde edilmiştir. Hasarlı numuneler gözlemsel olarak incelenmiştir. Cam/epoksi kompozitlerde delaminasyon alanları yoğun ışık altında incelenmiştir. Hasarlı numunelerin orta kesitten fotoğrafları çekilmiştir. Delaminasyon yüzeyleri optik mikroskop altında incelenmiştir. Hasarlı numunelere üç nokta eğme testleri de yapılmıştır. Ayrıca, 20 ve 90 °C sıcaklıklarda tek yönlü cam/epoki ve carbon/epoksi kompozit plakaların mekanik özellikleri tespit edilmiştir. ANSYS programı vasıtasıyla 20, 90 ve -50 °C sıcaklıkta termal gerilmeler hesaplanmış ve bu gerilmelerin darbe uygulanmadan önceki matris kırılma hasarı üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Sonuçlar, tabakalı kompozitlerin darbe davranışının farklı ortam koşullarından etkilendiğini göstermiştir. In this study, low velocity impact tests on the glass/epoxy, carbon/epoxy and glass/carbon hybrid laminated composite plates at 20, 90 and -50 °C temperatures were performed to investigate impact behaviors of the laminates. Impact responses of the composite specimens were characterized in terms of impact parameters such as permanent deflection, maximum contact force, maximum contact time, energy to maximum contact force, and total energy absorption at low, intermediate, and high impact energy levels. Energy profile diagrams and force versus deflection curves were plotted for each temperature and specimen type. Impact tests on the saturated specimens kept in seawater for 7 months were also conducted at the same impact energy levels as that of dry specimens. The initial damage, perforation and propagation energies were obtained for each temperature and specimen type. The impacted specimens were observed by visual inspection. A high-intensity light was used to identify the projected delamination areas in the impacted glass/epoxy composite laminates. The photographs of the cross-sections of the impacted specimens were taken. Delaminated surfaces were observed by an optical microscope. There point bending tests on the impacted specimens were also performed. In addition, mechanical properties of unidirectional glass/epoxy and carbon/epoxy composite plates were determined at 20 and 90 °C temperature. Thermal residual stresses at 20, 90 and -50 °C temperatures were obtained by using ANSYS software and the effects of the residual stresses on matrix cracking damage before impact were analyzed. The results showed that impact behaviors of the laminated composites were affected by the different environmental conditions.