Residual strength analysis of an E glass/polyester composite subjected to impact

Abstract

In this thesis, residual strength analysis of an E-Glass/polyester laminate was carried out for multiple impact loading. MAT_162 material model in LS-DYNA finite element code was used to model the constitutive behavior of the composite and material model parameters were determined using the results of the mechanical characterization. Experimental and numerical multiple loading were performed for two cases, namely Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) and projectile impact testing device. Numerical models were simulated DYNAIN file method strategy in which a composite laminate was impacted multiple times, which was very close to the actual case. A numerical ballistic test model using conventional strategy (in the same simulation all the loads applied sequentially) was employed to check the accuracy of that using the proposed new methodology. After the first hit the SHPB results revealed that delamination occurred at the interface between the first and second layers. Following the second hit, delamination propagated along the inside layers of the composite and occurred at the interface between the eighth and ninth layer. As far as the bar responses concerned, the reflected pulse increased from zero to a maximum value then gradually decreased at the first impact. However, a sharp rise was seen in the reflected pulse of the second impact due to failure corresponding to catastrophic failure. In projectile impact tests, delamination was also found to be increased with the increasing number of hits at both front and back surfaces. Similar results were obtained for both DYNAIN and conventional strategies. It was concluded that simulations showed well agreement with experimental results.

Bu tezde, bir kompozit malzemenin kalıcı dayanım analizi çoklu hasar yüklemeleri için araştırılmıştır. LS-DYNA sonlu elemanlar programındaki MAT_162 malzeme modeli kompozit malzemenin yapısal davranışını modellemekte kullanılmış ve malzeme modeli parametreleri mekanik karakterizasyon sonuçları kullanılarak hesaplanılmıştır. Çoklu yükleme iki durum için gerçekleştirilmiştir. Bunlar Split Hopkinson Basınç Barı (SHBB) ve mermi hasar test düzeneğidir. Numerik modellemede DYNAIN dosya yöntem stratejisi kullanılmıştır. Bu strateji ile kompozit numune deneysel olarak gerçekleştirilen çalışmaya çok yakın bir şekilde çoklu kez hasara maruz kalmıştır. Konvansiyonel stratejinin kullanıldığı nümerik modeller (tüm yüklemelerin sırayla aynı simülasyonda uygulandığı) öne sürülen yeni metodolojinin doğruluğunu kontrol etmekte kullanılmıştır. SHBB testindeki ilk atıştan sonra delaminasyon birinci ve ikinci katmanların arasında ki ara yüzeyde ortaya çıkmıştır. Ancak ikinci atıştan sonra delaminasyon kompozitin katmanları arasında ilerlemiş, ve sekizinci ve dokuzuncu katmanların arasındaki ara yüzeyde meydana gelmiştir. İlk atıştaki bar tarihçeleri incelendiğinde yansıyan dalga sıfırdan maksimum bir değere artmış sonrasında kademeli olarak azalmıştır. Ancak, ikinci atıştaki katastrofik hasardan dolayı yansıyan dalgada keskin bir artış gözlemlenmiştir. Mermi hasar testleri için, delaminasyonun ön ve arka yüzeylerde artan atış sayılarıyla birlikte arttığı bulunmuştur. Benzer sonuçlar hem DYNAIN hem de konvansiyonel metot ile elde edilmiştir. Gerçekleştirilen simülasyon çalışmalardan elde edilen sonuçların deneysel sonuçlarla örtüştüğü sonucuna varılmıştır.