ISSN:
0933-5137
Keywords:
Chemistry
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Polymer and Materials Science
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Microfractographic Analysis of Delamination Growth in Fatique Loaded - Carbon Fibre/Thermosetting Matrix CompositesCarbon-fibre-reinforced plastics (CFRP) are known to be considerably less sensitive to fatigue loading than aluminium (Al) alloys, for instance. However, even in the presence of small delaminations, the damage tolerance of structural components may be considerably reduced. The scope of the present contribution is to investigate fatigue phenomena in CFRP materials (with thermosetting matrix) by means of microfractography. The microgfractographic features of the fracture surfaces mirror the processes of deformation and fracture at the delamination front. The fatigue fracture behaviour of a CFRP laminate subjected to cyclic mixed-mode loading is determined by matrix-controlled failure mechanisms. Under pure mode-II loading conditions, rollers in addition to fatigue striations appear in the fibre imprints whose formation mechanism was explained by means of high-resolution field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The ratio between the local tensile and shear stress components influences the propagation direction of secondary cracks originating at the fibres. The local fracture propagations in these secondary cracks can be recognised through the fatigue striations appearing on the surface of the matrix. A comparison with static mixed-mode loading reveals that in both cases the crack propagation follows the path of the local maximum main stress. Applying mathematical relationships derived from the theory of elasticity permitted developing a mixed-mode loading model which makes it possible to predict the crack processes and hence to explain the formation of typical fracture-morphological features.
Notes:
Kohlenstoffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind bekanntlich weit weniger empfindlich gegenüber Schwingbelastung als beispielsweise Aluminium (Al)-Legierungen. Jedoch bereits beim Auftreten Kleiner Delaminationen kann sich die Schadenstoleranz von Bauteilen beträchtlich verringern. Der vorliegende Beitrag beabsichtigt, die Phänomene der Ermüdung in CFK-Werkstoffen (mit duroplastischer Matrix) mit den Mitteln der Mikrofraktographie zu erforschen. Die mikrofraktographischen Merkmale in den Bruchflächen spiegeln die Vorgänge von Deformation und Bruch an der Delaminationsfront wider. Das Ermüdungsverhalten eines CFK-Laminats wird unter zyklischer Mixed-Mode Belastung durch matrixkontrollierte Schadensmechanismen bestimmt. Bei reiner Modus-II Belastung entstehen neben Schwingstreifen in den Faserbetten „Roller“. Der Entstehungsmechanismus letzterer konnte mit Hilfe der Hochauflösungs-Feldemissions-Rasterelektronen-Mikroskopie aufgeklärt werden. Das Verhältnis der örtlichen Zug-zur Scherspannungskomponente wirkt sich in der Bruchfortschrittsrichtung der von den Fasern ausgehenden Sekundärrisse aus. Die örtlichen Bruchrichtungen in diesen Sekundärrissen lassen sich durch die sich in der Matrix abzeichnenden Schwingstreifen erkennen. Ein Vergleich zur statischen Mixed-Mode Belastung zeigt, daß in beiden Fällen die Rißausbreitung einem Pfad der höchsten lokalen Hauptspannung folgt. Mit Hilfe von mathematischen Beziehungen aus der Elastizitätstheorie konnte für Mixed-Mode Belastung ein Modell entwickelt werden, welches die Vorhersage von Rißverläufen und somit der Bildung von typischen bruchmorphologischen Merkmalen erlaubt.
Additional Material:
26 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19980290505
