Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Инженерное дело. Техника в целом \ Испытания материалов. Товароведение. Силовые станции. Общая энергетика

Влияние предварительного нагружения на баллистические свойства стеклопластиковых панелей

Влияние предварительного нагружения на баллистические свойства стеклопластиковых панелей

Автор: Жихарев Михаил Владиленович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Рубрика: Контроль и испытания

Статья в выпуске: 4 т.17, 2017 года.

Бесплатный доступ

Проведены статические испытания стеклопластика марки СТЭФ на растяжение для определения упругих и прочностных характеристик на испытательной машине INSTRON 5882. Обширные баллистические испытания были проведены на пластинах их стеклопластика СТЭФ, используя стальной шарик диаметром 6,35 мм. Для разгона шарика до скоростей 900 м/с был использован баллистический стенд ЮУрГУ. Испытания были проведены для пластин без предварительной нагрузки, а также для пяти уровней предварительного нагружения. Нагружение задавалось с помощью испытательной машины INSTRON 5882. Образец помещали в захваты и задавали требуемую растягивающую нагрузку, после чего по образцу производился выстрел. Баллистические характеристики были оценены с точки зрения предельной характеристики материала - баллистического предела V50. После испытаний было произведено сравнение эффективности материала при разных уровнях предварительного нагружения. Были построены баллистические кривые для каждого уровня нагрузки, а также получена зависимость изменения баллистического предела от величины предварительной нагрузки. Было получено, что предварительная нагрузка уменьшает баллистический предел стеклопластиковых пластин. При величине предварительной нагрузки, равной 50 % от предела прочности материала баллистический предел уменьшается на 15 %. Также была найдена зависимость площади расслоения стеклопластика от начальной скорости удара для каждого уровня нагрузки. Было отмечено, что время отклика на разрыв образца после пробития зависит от уровня предварительной нагрузки. Так максимальная задержка разрыва после пробития составляла около 8 с для образца, предварительно нагруженного до 180 МПа. Эта задержка возникает из-за ползучести материала и зависимости прочности от времени.

Еще

Баллистический удар, баллистический предел, предварительное нагружение, стеклопластик

Короткий адрес: https://sciup.org/147151767

IDR: 147151767   |   УДК: 620.178.76   |   DOI: 10.14529/engin170408

The influence of preloading on the ballistic properties of GFRP

Tensile tests were performed to obtain the quasi-static mechanical properties of glass-fiber reinforced plastics (GFRP) at the testing machine INSTRON 5942. Extensive ballistic tests have been carried out on GFRP panels using 6.35 mm steel ball. Special powder gun stand for acceleration of projectiles with terminal velocity up to 900 m/s was developed. The tests were carried out for plates without preload, and also for five preloading levels. For the experiments the ballistic stand was placed in an INSTRON 5882 testing machine. The sample was placed in the grips and the required tensile force was given, after then the sample was fired. The ballistic performance was assessed in terms V50 threshold as well as post V50 limit. After the tests, the material performance was compared at different preload levels. Ballistic curves for each preload level were plotted by experimental data. Also the dependence of ballistic limit versus preload level was obtained. Preloading reduces the ballistic limit of GFRP plates. Ballistic limit can be decreased by 15 % in comparison with 50 % preload of the tensile strength. Also, the dependence of the fiberglass delamination area versus initial velocity for each preload level was found. The fact that the response time to the rupture of the specimen after penetration depends on preload was noted as unusual phenomenon. The maximum rupture delay after penetration was about 8 seconds for the specimen loaded at 180 MPa. This delay occurs due to the creep of material and time dependence of strength.

Еще

Список литературы Влияние предварительного нагружения на баллистические свойства стеклопластиковых панелей

  • Cheeseman B.A., Bogetti T.A. Ballistic Impact into Fabric and Compliant Composite Laminates. Compos. Struct., 2003, vol. 61, pp. 161-173 DOI: 10.1016/S0263-8223(03)00029-1
  • Tarim N., Findik F., Uzun H. Ballistic Impact Performance of Composite Structures. Compos. Struct., 2003, vol. 56, pp. 13-20.
  • Cantwell W.J. Geometrical Effects in the Low Velocity Impact Response of GFRP. Composites Science and Technology, 2007, vol. 67, pp. 1900-1908 DOI: 10.1016/j.compscitech.2006.10.015
  • Cui H.P., Wen W.D., Cui H.T. An Integrated Method for Predicting Damage and Residual Tensile Strength of Composite Laminates under Low Velocity Impact. Computers and Structures, 2009, vol. 87, pp. 456-466 DOI: 10.1016/j.compstruc.2009.01.006
  • Davies G.A.O., Hitchings D. Impact Damage and Residual Strengths of Woven Fabric Glass/Polyester Laminates. Composites Part A, 1996, vol. 27A, pp. 1147-1156.
  • Klaus M., Reimerdes H.G., Gupta N.K. Experimental and Numerical Investigations of Resi-Dual Strength after Impact of Sandwich Panels. I. J. Imp. Eng., 2012, vol. 44, pp. 50-58 DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2012.01.001
  • Koo J.M., Choi J.H., Seok C.S. Prediction of Residual Strength of CFRP after Impact. Composites: Part B, 2013, vol. 54, pp. 28-33. Available at: http://dx.doi.o DOI: rg/10.1016/j.compositesb.2013.04.020
  • Grujicic M., Pandurangan B., Koudela K.L., Cheeseman B.A. A Computational Analysis of the Ballistic Performance of Light-Weight Hybrid-Composite Armor. Appl. Surf. Sci., 2006, vol. 253, pp. 730-745 DOI: 10.1016/j.apsusc.2006.01.016
  • Zhou H., Zhang W., Liu T., Gu B., Sun B. Finite Element Analyses on Transverse Impact Behaviors of 3-D Circular Braided Composite Tubes with Different Braiding Angles. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 2015, vol. 79, pp. 52-62 DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.09.012
  • Menna C., Asprone D., Caprino G., Lopresto V., Prota A. Numerical Simulation of Impact Tests on GFRP Composite Laminates. I. J. Imp. Eng., 2011, vol. 38, pp. 677-685 DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2011.03.003
  • Park Y., Kim Y.H., Baluch A.H., Kim C.G. Numerical Simulation and Empirical Comparison of the High Velocity Impact of STF Impregnated Kevlar Fabric Using Friction Effects. Compos. Struct., 2015, vol. 125, pp. 520-529. Available at: http://dx.doi.o DOI: rg/10.1016/j.compstruct.2015.02.041
  • Whittingham B., Marshall I.H., Mitrevski T., Jones R. The Response of Composite Structures with Pre-Stress Subject to Low Velocity Impact Damage. Compos. Struct., 2004, vol. 66, pp. 685-698. Available at: http://dx.doi.o DOI: rg/10.1016/j.compstruct.2004.06.015
  • Heimbs S., Bergmann T., Schueler D., Toso-Pentecote N. High Velocity Impact on Preloaded Composite Plates. Compos. Struct., 2014, vol. 111, pp. 158-168. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.12.031.
  • Saghafi H., Minak G., Zucchelli A. Effect of Preload on the Impact Response of Curved Composite Panels. Compos. Part B: Eng., 2014, vol. 60, pp. 74-81. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.12.026.
  • Vignjevic R., Orlowski M., De Vuyst T., Campbell J.C. A Parametric Study of Bird Strike on Engine Blades. Int. J. Impact. Eng., 2013, vol. 60, pp. 44-57. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2013.04.003.
  • Robb M.D., Arnold W.S., Marshall I. The Damage Tolerance of GRP Laminates under Biaxial Prestress. Compos. Struct., 1995, vol. 32, pp. 141-149 DOI: 10.1016/0263-8223(95)00077-1
  • Ghelli D., Minak G. Numerical Analysis of the Effect of Membrane Preloads on the Low-Speed Impact Response of Composite Laminates. Mech. Compos. Mater., 2010, vol. 46 (3), pp. 299-316 DOI: 10.1007/s11029-010-9147-9
  • Choi I.H., Kim I.G., Ahn S.M., Yeom C.H. Analytical and Experimental Studies on the Low-Velocity Impact Response and Damage of Composite Laminates under in-Plane Loads with Structural Damping Effects. Compos. Sci. Technol., 2010, vol. 70 (10), pp. 1513-1522. Available at: http://dx. doi.org/10.1016/j.compscitech.2010.05.007
  • Chiu S.T., Liou Y.Y., Chang Y.C., Ong C.L. Low Velocity Impact Behavior of Prestressed Composite Laminates. Mater. Chem. Phys., 1997, vol. 47 (2-3), pp. 268-72 DOI: 10.1016/S0254-0584(97)80063-6
  • Mitrevski T., Marshall I., Thomson R., Jones R. Low-Velocity Impacts on Preloaded GFRP Specimens with Various Impactor Shapes. Compos. Struct., 2006, vol. 76 (3), pp. 209-217. Available at: http://dx.doi.o DOI: rg/10.1016/j.compstruct.2006.06.033
  • Garcia-Castillo S.K., Sanchez-Saez S., Barbero E., Navarro C. Response of Preloaded Laminate Composite Plates Subject to High Velocity Impact. J. Phys. IV (Proc), 2006, vol. 134, pp. 1257-1263 DOI: 10.1051/jp4:2006134191
  • Heimbs S., Bergmann T. High-Velocity Impact Behaviour of Prestressed Composite Plates under Bird Strike Loading. Int. J. Aerospace Eng., 2012. Article ID 372167.
  • Barbero E.J. Introduction to Composite Materials Design. 2nd Edition. CRC Press, 2011. 520p.
  • ГОСТ Р 50744-95. Бронеодежда. Классификация и общие технические требования. -Введ. 1995-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2003. 6 с.
  • Lambert J.P., Jonas G.H. Towards Standardization in Terminal Ballistics Testing: Velocity Representation, BRL Report No. 1852, U.S. Army Ballistic Research Laboratories, Aberdeen Proving Ground, MD. (1976).
  • Danial I.M., Ishai O. Engineering Mechanics of Composite Materials. New York, Oxford University Press, 2006.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp