Metody oceny uszkodze poudarowych

Wa nym zagadnieniem, szczególnie dla materiałów konstrukcyjnych, jest ocena uszkodze jakie dokonały si w trakcie udaru oraz pozostała wytrzymało ć materiału.

Uszkodzenia laminatu poddanego udarowi balistycznemu mog mieć postać małego otworu po perforacji oraz du ego obszaru zdelaminowanego. Otwór po perforacji jest zagro eniem drugorz dnym, ze wzgl du na stosunkowo niewielkie rozmiary, jak równie z powodu znacznie wa niejszego zdarzenia, jakim jest sam fakt wyst pienie perforacji.

Natomiast delaminacja zachodzi równie w podczas zdarze , w trakcie których nie nast piło przebicie i powoduje istotne obni enie zdolno ci do przenoszenia obci e po udarze.

Oprócz oceny rozległo ci uszkodze oraz oceny wytrzymało ci pozostałej, cz sto prowadzi si wizualn i fotograficzn inspekcj uszkodze widocznych na zewn trz kompozytu. Prowadzi si równie wizualn lub mikroskopow inspekcj uszkodze w przekroju laminatu [20, 23, 25, 28, 30-31, 49, 55, 57, 71, 79, 81, 89, 102, 106, 110, 115, 117-118, 121, 127, 139, 155, 158-163]. Laminat w rejonie uszkodzonym zostaje przeci ty z u yciem piły, strumienia wody lub lasera. Powstały przekrój mo e być nast pnie szlifowany

36 obróbki.

4.1.3.1. Ocena rozległo ci uszkodze

Obszar zdelaminowany jest tym wi kszy, im wi ksza energia udaru. Równie cechy wzmocnienia maj znacz cy wpływ na rozległo ć uszkodze , jak wspomniano ju wcze niej.

Źo okre lania rozległo ci obszaru uszkodzonego w wyniku udaru wykorzystuje si zwykle jedn z szeregu metod nieniszcz cych (NŹI – non-destructive investigation).

Jedna z rozpowszechnionych metod szacowania rozmiaru obszaru delaminacji opiera si na zasadzie optycznej analizy obrazu, czy to okiem badacza czy przy pomocy urz dze elektronicznych. Bardziej obiektywn metod jest cyfrowa analiza obrazu, któr poprzedza b d to wykonanie cyfrowej fotografii, b d u ycie skanera [25, 34, 36, 54-56, 72, 80, 82, 90, 92, 98-99, 102, 112, 121, 148, 164-165]. Optyczna analiza uszkodze poprzedzona mo e być u yciem barwnego lub fluorescencyjnego penetranta. Alternatywnie, obszary w widoczny sposób uszkodzone mog zostać obrysowane przez badacza. Metoda optyczna pozwala jedynie na oszacowanie całkowitej rozległo ci uszkodze w rzucie na powierzchni , w zasadzie bez rozbicia na poszczególne warstwy. Powierzchni widocznego obszaru uszkodze mo na zmierzyć metod planimetrowania lub zliczania cyfrowego.

Bardzo rozpowszechnione jest równie u ycie metod defektoskopii ultrad wi kowej ze sprz eniem powietrznym lub wodnym [23, 32-34, 65, 70-71, 76, 83-84, 86-87, 89, 93-94, 101, 110-111, 114, 127, 144-145, 161, 166-170] – zwykle uzyskuje si tzw. C-scan – płaski rzut na powierzchni równoległ do powierzchni laminatu. Stosowane równie bywaj B-scan (rzadko) oraz A-scan (najrzadziej). Metoda ultrad wi kowa teoretycznie pozwala okre lić gł boko ć poło enia uszkodze , ale przy wi kszych grubo ciach nast puje rozproszenie fal d wi kowych i utrata sygnału. Niehomogeniczno ć kompozytów znacz co wpływa na rozproszenie fal d wi kowych. Źodatkowym ograniczeniem jest długo ć fali – uszkodzenia o rozmiarach mniejszych od długo ci fali s trudne do wykrycia. W celu przezwyci enia tych ogranicze powstała metoda nieliniowej spektroskopii fal spr ystych

37 (NEWS - Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy). Metoda ta wykorzystuje jeden z dwóch nieliniowych efektów falowychŚ w odmianie NRUS (Nonlinear Resonant Ultrasound Spectroscopy) próbk wzbudza si fal sinusoidaln w stan rezonansu i rejestruje przesuni cie cz stotliwo ci a w metodzie NWMS (Nonlinear Wave Modulation Spectroscopy) próbk wzbudza si falami o dwóch cz stotliwo ciach rejestruje si modulacj cz stotliwo ci spowodowan drganiami w uszkodzonym materiale [171].

Metoda optyczna i ultrad wi kowa daj zbli one rezultaty w przypadku stosunkowo przejrzystych laminatów wzmocnionych włóknem szklanym. W przypadku kompozytów wzmocnionych włóknem w glowych, ze wzgl du na jego nieprzejrzysto ć, obszar uszkodzony wykazywany metod ultrad wi kow jest znacz co wi kszy ni obserwowany optycznie. Metoda ultrad wi kowa nie jest wiarygodna w przypadku kompozytów wzmocnionych włóknem krótkim [98].

W ród innych, rzadziej stosowanych metod znajduje si równie metoda rentgenogramu (zwykle wspomaganego u yciem penetranta z kontrastem rentgenowskim) [76, 104, 160, 164, 172-173] oraz rozwojowa obecnie metoda impulsowo-termograficzna [71]. W tej ostatniej próbka jest impulsowo nagrzewana, a kamera termowizyjna rejestruje obraz emitowanego promieniowania podczerwonego. Emisja z rejonów uszkodzonych jest wyra nie odmienna ni z nieuszkodzonego kompozytu.

Zhang i Richardson [82, 169] zastosowali nowatorsk metod interferometryczn ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry) – w próbce zostaj wzbudzone drgania, które wpływaj na wzór plamek interferencyjnych na o wietlonej laserem próbce.

W lotnictwie cywilnym ci gle jeszcze powszechnie stosowana jest prymitywna metoda detekcji i oceny rozległo ci delaminacji metod opukiwania kompozytu monet . Rejon delaminacji wydaje inny odgłos ni nieuszkodzony materiał, co wyćwiczone ucho inspektora jest w stanie wychwycić.

Źo okre lenia wielko ci uszkodze poudarowych w kompozycie stosowana bywa metoda rozdzielania i zdejmowania poszczególnych warstw laminatu. Jest to metoda niszcz ca. Pozwala ona na poznanie rozległo ci uszkodze w poszczególnych warstwach.

Uszkodzenia cz sto nasyca si uprzednio barwnym penetrantem w celu uwidocznienia uszkodze [76, 174].

38 Jednocze nie wiadomie wykorzystuje si kompozyty łatwo ulegaj ce delaminacji jako pancerze [10].

W celu oszacowania poudarowej zdolno ci do przenoszenia obci e statycznych cz sto u ywa si testów quasi-statycznych przeprowadzanych na próbkach poddanych udarowi (lub próbkach z nich wyci tych). Kwestia wła ciwego sposobu quasi-statycznego obci ania próbek po udarze jest kwesti sporn . W zale no ci od typowych warunków pracy przewidzianych dla badanego materiału, próbki mog być poddawane próbie rozci gania [36, 49, 80, 111, 113, 156, 159, 166, 175], ciskania [19, 22, 24, 49, 72, 76, 84- 87, 104, 111, 125, 161, 165, 167-168, 170, 174, 176-179], zginania [35, 67, 82, 84, 159, 180] lub indentacji [159]. Uszkodzenia udarowe redukuj przede wszystkim wytrzymało ć na ciskanie.

Ich wpływ na wytrzymało ć na rozci ganie jest mniej znacz cy – w szczególno ci bardzo niewielki b dzie wpływ delaminacji. Poniewa wytrzymało ć na ciskanie jest istotna w przypadku wielu konstrukcji w przemy le lotniczym, przemysł ten opracował metod zwan „ ciskaniem po udarze” (CAI – compression after impact; ISO 18352:2009). W próbie tej uszkodzona próbka kompozytu jest ciskana, ale jest zabezpieczona przez uchwyty przed globalnym wyboczeniem. Próba zginania jest prostsza do przeprowadzenia ni próba ciskania, nie wymaga specjalnego wyposa enia i nie jest obarczona niepewno ciami zwi zanymi z prób ciskania [47]. Wyniki s przedstawiane jako pozorne wytrzymało ci próbek jako cało ci [22, 35-36, 47, 67, 72, 76, 80, 82, 84, 86-87, 167, 176-177, 180].

Oprócz quasi-statycznych prób poudarowych, spotyka si równie powtórny udar w miejscu wcze niejszego udaru [34, 35, 54, 173] lub nawet badanie udarno ci wg Charpy’ego próbek wyci tych z obszaru uszkodzonego [36, 80]. Badania poudarowe mog obejmować równie próby zm czeniowe [113].

Badania wytrzymało ci poudarowej bywaj poł czone z badaniami emisji akustycznej. Pozwala to na cz ciow ewaluacj charakteru i momentu uszkodze powstaj cych w kompozytach poddanych uprzednio udarowi, w tym na okre lenie momentu powstawania znacz cych uszkodze [159]. Pewne wnioski o charakterze uszkodze pozwala

39 wyci gn ć równie kształt krzywej zale no ci napr enie-odkształcenie w trakcie poudarowego obci ania kompozytu.