Abstract: Syfte och mål:
Polymerkompositer är generellt spröda material och istället för plasticitet så uppkommer en progressiv skadetillväxt vid t.ex. spänningskoncentrationer som relaxerar spänningarna. Rent elastiska analyser med uppmätta materialegenskaper från kupongtest underskattar därför hållfastheten och man måste istället prova fram hållfasthetsvärden på laminatnivå. Dessa värden varierar med material, laminatupplägg, tjocklek o.s.v. och är mycket dyra att testa fram. För att drastiskt kunna reducera provningen har på senare tid därför allt större fokus lagts på att ta fram modeller och metoder att simulera progressiv skadetillväxt och de modellerna börjar även implementeras i kommersiella Finita Element (FE) program. Som indata kräver modellerna brottspänningar och brottenergier. För det senare finns det idag ingen accepterad provmetod. Speciellt vid kompressionsbrott är detta ett problem, eftersom det förväntas att den skadade zonen alltid kan bära en viss last och man skulle därför direkt, genom experiment, vilja mäta upp spännings-töjningssambandet inom skadezonen. Målet för detta projekt är att applicera de vid Högskolan i Skövde (HS) utvecklade metoderna för att direkt mäta ett materials mjuknande vid fiberbrott (kohesiv lag) i kompositer under både drag och tryckbelastning.
Resultat och förväntade effekter:
Projektet FiKom ska leverera en verifierad provmetod för bestämning av energidissipationen vid fiberbrott samt materialdata från dessa prov för VACs material. Dessa är nödvändiga byggstenar i utvecklandet av metoder för progressiva skadeanalyser i kompositer. Projektet avslutas med en analys och beskrivning av vad denna typ av materialdata ställer för krav på formuleringen av skademodeller och hur de kommersiellt implementerade modellerna motsvarar dessa krav. För HS del innebär projektet en möjlighet att stärka sin verksamhet inom kompositområdet genom att utnyttja sin goda position inom kohesiv modellering och framförallt inom experimentella metoder att mäta kohesiva lagar. Ett framgångsrikt genomförande av projektet kommer att ge HS en internationell roll inom området. Idéerna är dock aktuella även för andra forskare och ett internationellt samarbete är möjligt, t.ex. inom EU-projekt.
Uppläggning och genomförande:
För att nå målet med projektet har arbetet lagts upp i tre steg: Utvärdering av existerande provkroppar och datautvärderingsmetoder, utveckling av testmetod och experimentellt arbete, samt slutsatser om testningen i relation till simuleringsaktiviteter.Abstract: Goals/targets: Polymer composites are in general brittle material and stresses around e.g. stress risers are relaxed by progressive damage instead of plasticity in a fracture process. Purely elastic analyses with material properties measured in coupon tests therefore underestimate the strength and instead it has to be measured on the laminate level. These strength values vary with material lay-up, thickness and so on and are therefore very expensive to determine. In order to drastically reduce the amount of testing, focus has therefore more and more been put on developing models and methods to simulate progressive damage growth. These models are also finding their way into the commercial Finite Element (FE) codes. These models require input in form of fracture stresses and fracture toughness on a lamina level, for the latter no accepted test method exists. Especially for a compressive failure mode this is a problem since it can be expected that the damaged zone always will be able to carry some load. Thus, one would like to, directly in an experiment, measure the stress-strain relation within the damage zone. The aim of this project is to apply the methods developed at University of Skövde to directly measure the softening behavior in the composite material at fiber fracture (cohesive law) in both compression and tension.
Result and effects: The project FiKom will deliver a verified test method for the determination of the energy dissipation at fiber fracture and material data from these tests for the VAC materials. These properties are necessary building blocks in the development of methods for progressive damage analyses in composites. In the end of the project, an analysis and description of what requirements such material data puts on the formulation of damage models will be performed together with an evaluation how well the commercially implemented models fulfill these requirements. For the University of Skövde, the project gives an opportunity to strengthen the research in the area of composites by using its position within cohesive modeling and especially experimental methods for measuring the cohesive laws. A successful project will give University of Skövde an international role within the area.
Planning and implementing: In order to reach the aim of the project, the work has been divided into three stages: evaluation of existing test coupon geometries and data reduction methods, the development of a test method and experimental work and conclusions on the testing in relation to simulation activities.