Publication details
Abstracts and keywords
Materiały kompozytowe, w szczególności polimery wzmacniane włóknami, są szeroko wykorzystywane w różnego rodzaju zastosowaniach, w których wytrzymałość ma kluczowe znaczenie a w szczególności w symulacjach, takich jak przemysł lotniczy lub wyścigi samochodowe. Tego rodzaju materiały charakteryzują się znaczną wytrzymałością oraz niską masą dzięki swojej wysokiej wytrzymałości i trwałości. Wpływ czynników zewnętrznych na kompozyty FRP i wynikające z tego uszkodzenia są kluczowe dla badania różnych rodzajów pęknięć i ich wzorców propagacji. Rozwarstwienie warstw nadal stanowi znaczące wyzwanie w zastosowaniu laminowanych materiałów kompozytowych. Niniejsza praca doktorska dostarcza dogłębnych badań nad mechaniką oraz propagacją uszkodzeń w kompozytach z polimerów wzmacnianych włóknami (FRP). Badania obejmują charakterystykę materiałów inżynierskich, podstawy mechaniki pęknięć i uszkodzeń, metody identyfikacji i charakterystyki uszkodzeń oraz wyniki badań eksperymentalnych poprzez identyfikację monitoringu w czasie rzeczywistym za pomocą Emisji Akustycznej (EA) w celu wykrywania fal naprężeń generowanych przez propagację pęknięć i zdarzenia, a także analizę fraktograficzną z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i innych technik nieniszczących. Rozdział 1 wprowadza przegląd różnych materiałów inżynierskich. Rozdział 2 przedstawia podstawowe koncepcje mechaniki pęknięć i uszkodzeń ze szczególnym uwzględnieniem kompozytów FRP. Podkreśla, jak uszkodzenia ewoluują w czasie i wyjaśnia zasady tolerancji na uszkodzenia. Kolejny rozdział zagłębia się w różne metody stosowane do identyfikacji i charakterystyki uszkodzeń w kompozytach, w tym techniki i zastosowania metod akustycznych i emisji akustycznej. Porusza szczegółową dyskusję na temat metod badania ultradźwiękowego oraz metody i wyniki związane z analizą powierzchni pęknięć. Rozdział 4 przedstawia badania eksperymentalne przeprowadzone na grupie próbek wykonanych z laminatów FRP z włókien szklanych/węglowych. Przedstawia również i dogłębnie omawia wyniki analizy Emisji Akustycznej z wykorzystaniem transformaty Fouriera, wykazując korzyści płynące ze szczegółowej analizy sygnałów EA, co umożliwiło bardziej precyzyjną identyfikację i charakterystykę awarii i uszkodzeń. Dodatkowo, analiza fraktograficzna ułatwiła ocenę i potwierdzenie mechanizmów pęknięć. Ostatni rozdział podsumowuje kluczowe wnioski z przeprowadzonych badań i sugeruje kierunki przyszłych prac, podkreślając wkład badań w dziedzinę kompozytów FRP i ich zastosowania.
Composite materials especially fiber-reinforced polymers are widely utilized in different kind of applications where strength is crucial, especially at simulations, such as in the aerospace or motor racing industries. Composite materials riches significant in-plane durability and low specific mass by their high strength and toughness. The considerations on outside impact on FRP and subsequent failure are essential in examining various mechanisms of damage and fracture. Layer separation is still challenge in the use of laminated composite materials. Following dissertation provides an in-depth study of the damage mechanics and fracture behavior of Fiber Reinforced Polymer (FRP) composites. The research explores the characteristics of engineering materials, fundamentals of fracture and damage mechanics, methods for damage identification also characterization and the results of experimental investigations. Identifying real-time monitoring with Acoustic Emission in detection of stress waves which are generated by crack propagation and failure events and also fractographic analysis with Scanning Electron Microscopy (SEM) and other non-destructive technique. Chapter 1 introduces overview of various engineering materials. Chapter 2 presents the fundamental concepts of fracture and damage mechanics with a particular focus on FRP composites. It explores how damage evolves over time and elucidates the principles of damage tolerance. The next chapter delves into various methods used to identify and characterize damage in composites including techniques applications of acoustic and acoustic emission methods, detailed discussion on ultrasonic testing methods, methods and findings related to the analysis of fracture surfaces. Chapter 4 presents the experimental research conducted on a group of samples made of glass/carbon FRP laminates. It also presents and thoroughly discusses the results of Acoustic Emission analysis. By applying Fourier transform techniques, the research demonstrated the benefits of detailed AE signal analysis, which enabled more accurate identification and characterization of failures and damages. Additionally, fractographic analysis facilitated the assessment and confirmation of damage mechanisms. The final chapter summarizes the key conclusions from the research and suggests directions for future work, emphasizing the contributions of the study to the field of FRP composites and their applications.
