Vibrational analysis and material ageing of fibre-reinforced plastics

Abstract

In this thesis the fatigue behaviour of a carbon/glass fibre laminate was studied. The main focus was to use acoustic vibrational analysis as a method of measuring the material ageing as well as identifying the damage growth and damage differences between 2D and 3D laminates. Four rectangular specimens were prepared of which two had been sewed together with cotton thread in the z direction to form a 3D laminate. The specimens were aged with constant amplitude three point bending at different levels of strain and acoustic vibrational tests were made at regular intervals using a cantilever setup to plot the damage growth over time. The results showed that the quality factor accurately measures the ageing of a material with regular acoustic vibrational test. The addition of fibres in the z direction was proven to slow down spreading and growth of damage in the laminate. Analysing the surface of the laminates revealed visible damage from delamination, buckling and fibre brakeage. The number of cycles were concluded to be too few to accurately draw conclusions about the late stage fatigue life and prediction of material failure of the specimens.

I det här slutarbetet undersöktes utmattningsbeteendet av ett kolfiber/glasfiber laminat. Arbetets fokus låg på användandet av akustisk vibrationsanalys som en metod för att bestämma åldringsförfarandet och skadeutvecklingen av materialet, samt skillnader mellan 2D och 3D laminat i dessa syften. Fyra rektangulära testbitar tillverkades, varav två hade blivit ihopsydda med bomullstråd i z riktningen för att skapa ett 3D laminat. Dessa testbitar åldrades genom trepunktsböjning med konstant böjningsamplitud vid två olika deformationer och akustiska vibrationstest gjordes regelbundet under tiden för att kartlägga skadeutvecklingen. Vibrations testen ufördes på så sätt att testbitarna var fastspännda endast i ena ändan. Resultaten tydde på att godhetstalet kan användas för att bestämma skadeutvecklingen i ett material genom regelbundna vibrationstest. Det kunde även fastställas att fibrer i z riktningen motverkar att skador i laminatet kan växa och spridas. Vid analys av de synliga skadorna kunde det konstateras att även skador i form av separering av lager, knäckningsskador och brustna fibersträngar har förekommit. Det kunde även konstateras att antalet böjningar var för få för att på ett trovärdigt sätt kunna dra slutsatser om hur materialet kommer att utmattas hädanefter eller när och hur materialet kommer att gå sönder.