The value of the mode I interlamina fracture toughness, GIC, is calculated by experimental compliance method, modified compliance method and beam theory. The value of the mode II interlamina fracture toughness, GIC, is evaluated by beam method, theory beam theory and compliance method. This paper describes the effect of load pint displacement rate and speicimen geometries for mode I and II interlaminar fracture toughness of glass fiber reinforced plastic composites by using double cantilever beam (DCB) and end notched flexure (ENF) specimen. For the load point displacement rate of increases whereas the value of 2,6 and 10 mm/min the value of GIC decrease as load point displacement rate increases whereas the value of GIC is found to be no significant effect. The value of GIC decreases as initial crack length increases. The fractured surface of the DCB and ENF samples are examined by scanning electron microscopy (SEM).
Mode II interlaminar fracture toughness was measured and fractured surfaces were observed of carbon/epoxy and glass/epoxy woven fabric composites for carbody structure. Woven fabric carbon/epoxy and glass/epoxy composites that made with prepreg and epoxy resin(RS1222) are used in carbody structure of Korean tilting train(TTX) and low floor bus. ENF(End Notched Flexure) specimens having $120mm{\times}20m{\times}5mm$ shape and 35mm initial crack were made with each composites and three point bending tests according to ASTM D790 were conducted for these specimens. Crack lengths in tests were recorded using optical microscope and digital camcorder. NL(Non Linear), 5% offset and Max. load points in load -displacement curves were checked and mode II interlaminar fracture toughness of these points were calculated and compared. Fractured surfaces of specimens were observed using optical microscope and mode II delamination behavior of each composites was discussed.
Since the mechanical properties of cement-based materials are time-dependent due to the prolonged cement hydration process, those of fiber reinforced concrete(FRC) may also be time-dependent. Toughness is one of important properties of FRC. Therefore, it should be investigated toughness development of FRCs with curing ages to fully understand the time-dependent characteristics of FRCs. To this end, the effect of curing ages on flexural toughness development of steel fiber reinforced concrete is studied. Three point bending test with notched beam specimen was adapted for this study. Hooked-end steel fiber(DRAMIX 40/30) was used as a fiber ingredient to investigate w/c ratio and fiber volume fraction effect on toughness development during curing. Three different water-cement ratios(0.44, 0.5 and 0.6) and fiber volume fractions(0%, 0.5% and 1%) were used as influence factors. Each mixture specimens were tested at five different ages, 0.5, 1, 3, 7 and 28 days. The study shows that flexure toughness development with age is quite different than other concrete material properties such as compressive strength. The study also shows that the toughness development trend correlates more closely to water/cement ratio than to fiber volume fraction.
This paper describes the effect of loading rate, specimen geometries and material properties for Mode II interlaminar fracture toughness of hybrid composite by using end notched flexure(ENF) specimen. In the range of loading rate 0.5~2mm/min, there is found to be no significant effect of loading rate with the value of critical energy release rate( $G_{IIc}$). there is no dependence of the interlaminar fracture energy upon the specimen width over the specimen widths examined. The value of $G_{IIc}$ for variation of initial crack length are nearly similiar values when material properties are CF/CF and GF/GF, however, the value of $G_{IIc}$ are highest with the increasing intial crack length at CF/GF. The values of $G_{IIc}$ for variation material properties are higher with the increasing moulding pressure when moulding pressures are 307, 431, 585㎪. The SEM photographs show good fiber distribution and interfacial bonding of hybrid composites when the moulding is the CF/GF.e CF/GF.
This research work has been carried out for finding J-integral in mode II of CFRP(carbon fiber reinforced plastics) laminate plates based on the classical bar theory in dynamic conditions with consideration of the effect of inertia forces, eventually to lead to finding the dynamic inter-layer fracture toughness. Dynamic inter-layer fracture toughness was found by a self-made ENF(End Notched Flexure) experimental apparatus using Split Hopkinson's Bar(SHPB), and also observed the variation of the fracture toughness haying different resin contents and fiber arrangements of CFRP specimen([$0_3^{\circ}/90_3^{\circ}/0_6^{\circ}/90_3^{\circ}/0_3^{\circ}$], [$0_{20}^{\circ}$], [$0_5^{\circ}/90_{10}^{\circ}/0_5^{\circ}$]). As an experimental result, in either cases of quasi-static or dynamic load condition, the critical load and the inter-layer fracture toughness increased sharply depending on the increase of resin contents. Therefore, it could, be concluded that the effect by resin contents is the major factor determining the inter-layer fracture toughness in the CFRP laminate plates.
It has been argued that fracture energy of composite laminates depends on their thickness and number of layers. In this paper a modified direct energy balance approach (DEBA) has been developed to evaluate the mode-II shear fracture energy for E-glass/Epoxy laminates from finite element model at an arbitrary thickness. This approach considers friction and damage/plasticity deformations using cohesive zone modeling (CZM) and nonlinear finite element modeling. The presence of compressive stress and resulting friction was argued to be a possible cause for the thickness dependency of fracture energy. In the finite element modeling, CZM formulation has been developed with bilinear cohesive constitutive law combined with friction consideration. Also ply element have been developed with shear plastic damage model. Modified direct energy balance approach has been proposed for estimation of mode-II shear fracture energy. Experiments were performed on laminates of glass epoxy specimens for characterization of material parameters and determination of mode-II fracture energies for different thicknesses. Effect of laminate thickness on fracture energy of transverse crack tension (TCT) and end notched flexure (ENF) specimens has been numerically studied and comparison with experimental results has been made. It is shown that the developed numerical approach is capable of estimating increase in fracture energy due to size effect.
하이브리드 복합재료(Hybrid composites) 의 층간 파괴 인성치에 영향을 주는 인자 중 적층순서, 하중점변위율, 초기크랙길이를 변화 시켰을 때의 실험 결과는 다음과 같다. (1) CF/CF, CF/GF. GF/GF로 적층하였을 경우 층간파괴인성치값은 서로 같은 계면을 성형한 것보다 서로 다른 계면을 적층한 CF/GF의 경우가 강도면에서 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. (2) 하중점변위율은 미세한 변동은 있었으나, 하중점변위율의 영향은 거의 받기 않는 것을 알 수 있었다. (3) 초기크랙을 변화시켰을 때, 초기크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기크랙이 짧은 경우, CF/GF. GF/GF인 경우는 초기크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타났다. 이것은 GF 섬유가 직조형태의 프리프레그로 되어 있어 크랙의 진전에 따라 섬유부스러기 등의 생성에 따른 영향이라고 생각된다. (4) 적층순서에 따라 파면의 섬유 분포 형태가 달랐으며 CF/GF인 경우가 섬유의 파손형태가 가장 복잡하게 나타났으며, 이것이 높은 층간파괴인성치를 나타내는 원인이라고 판단된다.
본 연구에서는 CFRP 적층판에 다양한 종류의 부직포를 삽입하여 모드 II 층간파괴인성을 평가하고, 파단면의 SEM 분석을 통해 층간파괴인성의 증가 원인을 파악하였다. 모드 II 층간파괴인성값($J/m^2$)은 ENF실험에 의하여 얻어졌으며, 부직포를 삽입하지 않은 시편과 3종류의 부직포(8 $g/m^2$의 탄소부직포, 10 $g/m^2$의 유리부직포, 8 $g/m^2$의 폴리에스테르부직포)가 각각 삽입된 시험편들이 준비되었다. 각 시험편들에 대한 모드 II 층간파괴인성값은 부직포를 삽입하지 않은 시편을 기준으로 탄소부직포를 삽입한 시편은 197.7% 증가하였고, 유리부직포를 삽입한 시편은 약 135.4% 증가하였으며, 폴리에스테르부직포를 삽입한 시편은 약 158.7% 증가하였다. 부직포 삽입에 의한 모드 II 층간파괴인성값의 증가 원인은 SEM 분석에 의한 결과 단섬유의 섬유가교(Fiber bridging), 섬유파단(Fiber breakage), 헥클(Hackle) 등의 발생에 기인된 것으로 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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