The Effect of Deformation Rate on the Damage Tolerances of Nomex Honeycomb Cored Composite Sandwiches

Abstract

The impact response and damage tolerance of E-glass/epoxy faces and Nomex honeycomb core sandwich were determined experimentally at different velocities (0-40 ms-1). Concentrated quasi-static indentation force (CQIF), low-velocity impact (LVI) and high-velocity impact (HVI) tests were performed sequentially using a universal test machine, a drop weight tester and a modified Split Hopkinson Pressure Bar system using a hemispherical indenter with a diameter of 16 mm. Velocity was increased by reducing the mass of the indenter in HVI. HVI was performed at the same impact energies (3-33 J) as LVI. Although CQIF and LVI showed similar damage modes, front face damage initiation and perforation occurred at higher energies in LVI, which was ascribed to the rate sensitivity of the face material. When the front face was penetrated at 10 J, residual strength was found to reduce 60%. The flexural waves and core shear were observed to become dominant above 40 J. Barely visible damage was identified below 10 J with a dent depth less than 1 mm, the damage area less than 50 mm2 and an NRS of ~0.8. Visible damage occurred between 50-400 mm2 damage areas when the front face was perforated (10-39 J). Discrete source damage was detected between 400-800 mm2 where full-penetration and core shear occurred (>40 J). Although damage areas in HVI were smaller than those of LVI at the same energies, compression after impact tests showed almost no effect of velocity on NRS, except HVI tested coupon showed a slightly higher mean NRS at 5.5 J.E-cam/epoksi yüzey tabakalı ile Nomex bal peteği dolgulu sandviç yapının çarpma tepkisi ve hasar toleransı farklı çarpma hızlarında (0-40 ms-1) deneysel olarak belirlendi. 16 mm çaplı yarı küre darbe ucu kullanılarak statik-eşdeğer delme, düşük hızlı çarpma (DHÇ) ve yüksek hızlı çarpma (YHÇ) testleri, sırasıyla konvansiyonel test cihazı, düşen ağırlık test cihazı ve modifiye edilmiş split-Hopkinson Basınç Bar sistemi kullanılarak gerçekleştirildi. YHÇ'lerde çarpma ucun kütlesi düşürülerek hız arttırılmıştır. YHÇ, DHÇ ile aynı enerjirinde gerçekleştirilmiştir (3-33 J).YSD ile DHÇ testleri benzer hasarlar sergilerken ön yüzey tabakasındaki malzemenin hız duyarlılığından dolayı YHÇ testlerinde çarpma yüz tabakasında hasar başlangıcı ve delinmesi daha yüksek enerjilerde gerçekleşir. 10 J'de ön yüzey tabakasının delinmesiyle artık dayanımın %60 azaldığı bulunmuştur. 40 J'nin üzerinde, eğilme dalgaları dolguda boyuna kesme etkileri baskın hâle geldiği gözlemlenmiştir. 10 J'nin altı 1 mm'den az göçük derinliği, 50 mm2'den az hasar alanı ve ~0.8'lik normalleştirilmiş artık dayanımı (NAD) sergilediğinden zor görülebilen hasar olarak tespit edildi. Görünür çarpma hasarı 10-39 J'de ön yüzey delinerek 50-400 mm2 hasarla gerçekleşir. 400-800 mm2 arasındaki hasar, tam delinmenin ve dolguda kesmelerin gerçekleştiği (>40 J) ayrı kaynak hasarı olarak bulundu. YHÇ'deki hasar alanları, aynı enerjilerde DHÇ'ninkinden daha küçük olmasına karşın, çarpma sonrası basma testleri, YHÇ test kuponunun 5.5 J'de biraz daha yüksek NAD göstermesi dışında, hızın NAD üzerine neredeyse hiç etkisi olmadı.