Observation, identiFication and qUantification of the mechanicaL faiLure mechanIsms on fibre reiNforced compoSites via multiPle non-dEstruCtive Testing methods
FULLINSPECT – Uspostavni istraživački projekt UIP-2019-04-5460
Trajanje projekta: 60 mjeseci (2/2020 – 2/2025)
Voditelj projekta: doc.dr.sc. Zvonimir Tomičević, mag.ing.mech.
Zahvaljujući specifičnim mehaničkim svojstvima i sposobnosti modificiranja istih kako bi se zadovoljili strogi zahtjevi na pouzdanost i sigurnost konstrukcija, primjena vlaknima ojačanih polimera (eng. Fibre reinforced polymers – FRP) u izradi inženjerskih konstrukcija je u stalnom porastu. Polimerni materijali ojačani vlaknima odlikuju se visokom specifičnom čvrstoćom, povećanom otpornošću na koroziju i duljim vijekom trajanja, ali i jeftinom proizvodnjom te održavanjem. Budući da se odlikuju povećanom krutošću i kemijskom otpornošću te jednostavnom proizvodnjom, polimerne matrice se najčešće ojačavaju staklenim vlaknima (eng. Glass fiber reinforced polymers – GFRP), a svoju primjenu najviše nalaze u zrakoplovstvu, automobilskoj industriji i brodogradnji. Međutim, nedovoljno istraženo područje odgovarajućih eksperimentalnih tehnika te trenutna ograničenja u predviđanju i modeliranju oštećenja uzrokuju predimenzioniranost današnjih laganih konstrukcija. Stoga puni potencijal ove klase materijala još uvijek ostaje neiskorišten. Nadalje, pucanje strukture FRPa je heterogen i složen proces koji nastaje uslijed različitih mikromehanizama oštećenja (npr. pucanje vlakana, odvajanje vlakana od matrice, delaminacija). Razumijevanje mehanizama nastanka i razvoja oštećenja predstavlja ključan element razumijevanja globalnog fenomena loma te omogućuje pouzdano predviđanje ponašanja materijala sve do potpunog gubitka mehaničkog integriteta. Također, detekcija oštećenja u kompozitima je nužna da bi se utvrdilo stanje konstrukcije, njezina pouzdanost te preostala krutost i/ili čvrstoća. Dakle, sveobuhvatna karakterizacija FRPa te identifikacija mehanizma oštećenja uslijed različitih režima opterećenja zahtijevaju primjenu napredne metode nerazornih ispitivanja (eng. Non destructive testing – NDT), uz korištenje naprednih metoda numeričke analize. Sukladno navedenom aktualne istraživačke teme su:
- karakterizacija materijala ojačanih vlaknima primjenom različitih nerazornih metoda, ovisno o promatranom mjerilu,
- razumijevanje mehanizama loma koji se pojavljuju u mikrostrukturi složene arhitekture,
- numeričko modeliranje kompozita ojačanih vlaknima na mikro razini,
- zamorna svojstva kompozitnih konstrukcija i određivanje inherentnih mehanizama loma.
Stoga je cilj ovog projekta analizirati blisku povezanost između ortotropne elastičnosti i mehanizama oštećenja na makro i mikro razini, tijekom loma u unutrašnjosti kompozitnih materijala, kod višeosnih i zamornih režima opterećenja. Na dobivenim eksperimentalnim i numeričkim rezultatima promatrat će se mikromehanizmi oštećenja te njihova interakcija s lokaliziranim zonama polja deformacija, kako bi se mogla razumjeti njihova fizikalna pozadina. Da bi se postigao ovaj cilj, napredne istraživačke metode bit će potpuno povezane, naime koristit će se, infracrvena termografija i μ-tomografija za snimanje in-situ ispitanih uzoraka izrađenih od polimera ojačanih staklenim vlaknima (FRP), korelacija slike za mjerenje 2D i 3D polja pomaka (i deformacija) u unutrašnjosti materijala, i višerazinske numeričke simulacije upravljane eksperimentalnim podacima. Povezivanjem nove metode promatranja materijala (tomografije), napredne metode korelacije digitalnih volumena i preciznog 2D/3D modeliranja loma/odvajanja vlakana čini ovaj projekt posebno prikladnim za dobivanje pouzdanijeg uvida u mehanizme oštećenja FRPa na mikrorazini za različite režime opterećenja.
