Experimental Study of Ultimate Deformation and Fracture of FRP with Stress Concentrators

This work experimentally studies the influence of the scale effect on the processes of initia- tion and development of defects in the region of stress concentrators in a structurally inhomoge- neous material under quasi-static loading. Composite specimens were made of glass-textolite STEF. A through hole of different diameters located in the geometric center of the specimen was considered as a concentrator. New data on the mechanical behavior of the composite were ob- tained using digital image correlation (DIC), acoustic emission (AE) method and optical micros- copy. In this work, experimental investigations of the mechanical behavior of composites in the hub zones have been carried out considering the structural parameters. As the hole diameter increases, the load carrying capacity decreases. The DIC method allowed us to study the evolu- tion of inhomogeneous strain fields on the surface of the samples. A characteristic growth of cu- mulative energy was observed in all types of specimens regardless of the size and presence of stress concentrators, namely a smooth insignificant growth of values with a sharp spike of high energy at the end of the test. The values of spectral maximum frequencies were analyzed, addi- tional frequency intervals were marked, and the contribution of each to the total number of sig- nals was shown, the regularities between the frequency intervals and the presence of the con- centrator on the samples were established. On the basis of the microstructural studies, the main types of defects have been identified, the data obtained confirm the results recorded by the acoustic emission. Thus, the experimental data demonstrating the presence of a scale effect of the strength of glass-reinforced plastics with concentrators depending on the structural parame- ters have been obtained in this work.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И РАЗРУШЕНИЕ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ

Работа посвящена экспериментальному исследованию влияния масштабного эффек- та на процессы инициирования и развития дефектов в области концентраторов напряже- ний в структурно-неоднородном материале при квазистатическом нагружении. Образцы композита были изготовлены из стеклотекстолита СТЭФ. В качестве концентратора рас- сматривалось сквозное отверстие разного диаметра, расположенное по геометрическому центру образца. Получены новые данные о механическом поведении композита с помо- щью метода корреляции цифровых изображений (DIC), метода акустической эмиссии (AE) и оптической микроскопии. Проведены экспериментальные исследования механического поведения композитов в зонах концентраторов с учетом структурных параметров. По мере увеличения диаметра отверстия несущая способность снижается. Метод DIC позволил изучить эволюцию неоднородных полей деформаций на поверхности образцов. Был отме- чен характерный рост кумулятивной энергии у всех видов образцов вне зависимости от размера и наличия концентраторов напряжений, а именно плавный незначительный рост значений с резким всплеском высокой энергии в конце испытания. Были проанализирова- ны значения частот спектрального максимума, отмечены дополнительные интервалы ча- стот, а также показан вклад каждого в общее количество сигналов, установлены законо- мерности между интервалами частот и наличием концентратора на образцах. На основе микроструктурных исследований выявлены основные виды дефектов, полученные данные подтверждают результаты, зарегистрированные с помощью акустической эмиссии. Таким образом, в работе получены экспериментальные данные, демонстрирующие наличие масштабного эффекта прочности стеклопластиков с концентраторами в зависимости от структурных параметров.