Влияние предварительного нагружения на баллистические свойства стеклопластиковых панелей
Аннотация
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 интересное явление, что время отклика на разрыв образца после пробития зависит от уровня предварительной нагрузки. Так максимальная задержка разрыва после пробития составляла около 8 секунд для образца, предварительно нагруженного до 180 МПа. Эта задержка возникает из-за ползучести материала и зависимости прочности от времени.
Ключевые слова
Литература
Cheeseman, B.A. Ballistic impact into fabric and compliant composite laminates / B.A. Cheeseman, T.A. Bogetti // Compos. Struct. – 2003. – Vol. 61. – P. 161–173. DOI: 10.1016/S0263-8223(03)00029-1
Ballistic impact performance of composite structures / N. Tarim, F. Findik, H. Uzun // Compos. Struct. – 2003. – Vol. 56. – P. 13–20.
Cantwell, W.J. Geometrical effects in the low velocity impact response of GFRP / W.J. Cantwell // Composites Science and Technology – 2007. – Vol. 67. – P. 1900–1908. doi:10.1016/j.compscitech.2006.10.015
An integrated method for predicting damage and residual tensile strength of composite laminates under low velocity impact / H.P. Cui, W.D. Wen, H.T. Cui // Computers and Structures – 2009. – Vol. 87. – P. 456–466. doi:10.1016/j.compstruc.2009.01.006
Davies, G.A.0. Impact damage and residual strengths of woven fabric glass/polyester lami-nates / G.A.0. Davies, D. Hitchings // Composites Part A – 1996. – Vol. 27A. – P. 1147- 1156.
Experimental and numerical investigations of residual strength after impact of sandwich panels / M. Klaus, H.G. Reimerdes, N.K. Gupta // I. J. Imp. Eng. – 2012. – Vol. 44. – P. 50-58. doi:10.1016/j.ijimpeng.2012.01.001
Prediction of residual strength of CFRP after impact / J.M. Koo, J.H. Choi, C.S. Seok // Composites: Part B – 2013. – Vol. 54. – P. 28–33. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.04.020
A Computational Analysis of the Ballistic Performance of Light-Weight Hybrid-Composite Armor / M. Grujicic, B. Pandurangan, K.L. Koudela, B.A. Cheeseman // Appl. Surf. Sci. – 2006. – Vol. 253. – P. 730-745. DOI:10.1016/j.apsusc.2006.01.016
Finite element analyses on transverse impact behaviors of 3-D circular braided composite tubes with different braiding angles / H. Zhou, W. Zhang, T. Liu, B. Gu, B. Sun // Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. – 2015. – Vol. 79. – P. 52-62. DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.09.012
Numerical simulation of impact tests on GFRP composite laminates / C. Menna, D. Asprone, G. Caprino, V. Lopresto, A. Prota // I. J. Imp. Eng. – 2011. – Vol. 38. – P. 677–685. doi:10.1016/j.ijimpeng.2011.03.003
Numerical simulation and empirical comparison of the high velocity impact of STF impregnated Kevlar fabric using friction effects / Y. Park, Y.H. Kim, A.H. Baluch, C.G. Kim // Compos. Struct. – 2015. – Vol. 125. – P. 520–529. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.02.041
The response of composite structures with pre-stress subject to low velocity impact damage / B. Whittingham, I.H. Marshall, T. Mitrevski, R. Jones // Compos. Struct. – 2004. – Vol. 66. – P. 685–698. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2004.06.015.
High velocity impact on preloaded composite plates / S. Heimbs, T. Bergmann, D. Schueler, N. Toso-Pentecote // Compos. Struct. – 2014. – Vol. 111. – P. 158–168. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.12.031.
Effect of preload on the impact response of curved composite panels / H. Saghafi, G. Minak, A. Zucchelli // Compos. Part B: Eng. – 2014. – Vol. 60. – P. 74–81. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.12.026.
A parametric study of bird strike on engine blades / R. Vignjevic, M. Orlowski, T. De Vuyst, J.C. Campbell // Int. J. Impact. Eng. – 2013. – Vol. 60. – P. 44–57. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2013.04.003.
The damage tolerance of GRP laminates under biaxial prestress / M.D. Robb, W.S. Arnold, I. Marshall // Compos. Struct. – 1995. – Vol. 32. – P. 141–149. doi:10.1016/0263-8223(95)00077-1
Ghelli, D. Numerical analysis of the effect of membrane preloads on the low-speed impact response of composite laminates / D. Ghelli, G. Minak // Mech. Compos. Mater. – 2010. – Vol. 46(3). – P. 299–316. DOI: 10.1007/s11029-010-9147-9
Analytical and experimental studies on the low-velocity impact response and damage of composite laminates under in-plane loads with structural damping effects / I.H. Choi, I.G. Kim, S.M. Ahn, C.H. Yeom // Compos. Sci .Technol. – 2010. – Vol. 70(10). – P. 1513–1522. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2010.05.007
Low velocity impact behavior of prestressed composite laminates / S.T. Chiu, Y.Y. Liou, Y.C Chang, C.L. Ong // Mater Chem Phys. – 1997. – Vol. 47(2-3). – P. 268–272. doi:10.1016/S0254-0584(97)80063-6
Low-velocity impacts on preloaded GFRP specimens with various impactor shapes / T. Mitrevski, I. Marshall, R. Thomson, R. Jones // Compos. Struct. – 2006. – Vol. 76(3). – P. 209–217. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2006.06.033
Response of preloaded laminate composite plates subject to high velocity impact / S.K. Garcia-Castillo, S. Sanchez-Saez, E. Barbero, C. Navarro // J. Phys. IV (Proc) – 2006. – Vol. 134. – P. 1257–1263. DOI: 10.1051/jp4:2006134191
Heimbs, S. High-velocity impact behaviour of prestressed composite plates under bird strike loading / S. Heimbs, T. Bergmann // Int. J. Aerospace Eng. – 2012. Article ID 372167.
Barbero, E.J. Introduction to Composite Materials Design / E.J. Barbero. – 2nd Edition – CRC Press, 2011. P. 520.
ГОСТ Р 50744-95. Бронеодежда. Классификация и общие технические требования – Введ. 1995–07–01. – М.: Изд-во стандартов, 2003. – 6 с.
Lambert, J.P. Towards standardization in terminal ballistics testing: Velocity representation, BRL Report No. 1852 / U.S. Army Ballistic Research Laboratories, , J.P. Lambert, G.H. Jonas. – MD.: Aberdeen Proving Ground, 1976.
Danial, I.M. Engineering mechanics of composite materials / I.M. Danial, O. Ishai. – New York, Oxford University Press, 2006.
Zhikharev, M.V. Two-scale modeling of high-velocity fragment GFRP penetration for assessment of ballistic limit / M.V. Zhikharev, S.B. Sapozhnikov // Int. J. Impact. Eng. – 2017. – Vol. 101. – P. 42-48. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.08.005.
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.