Fatigue Testing of a Unidirectional Carbon Fiber Reinforced Polymer : Investigation of damage development using Digital Image Correlation

• Main Author: Wenner Berg, Lars Johan
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Lättkonstruktioner 2020
• Subjects: Vehicle Engineering; Farkostteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-290159

Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) is a material with high specific propertiesand good fatigue and vibration dampening characteristics, and can potentiallybe used instead of steel and aluminium in heavy duty vehicles. This work focuseson testing methodology and the fatigue properties of a unidirectional (UD)material in the 0° and 90°orientation, reproducing and validating the method developedby Wanner[1]. While conducting a fatigue test of a CFRP composite intension-tension fatigue, in-situ strain measurements were performed to examinethe gradual elongation of the specimen (as this relates to stiffness loss, i.e. fatiguedamage). An imaging methodology capturing the specimen at peak loading hasbeen developed, including a trigger mechanism that activates the camera at the desiredtime and cycle count, as well as a method of extracting the photograph ofthe specimen at maximum displacement, allowing for peak-to-peak comparison.A method improving specimen production output and consistency has been developed.SN-curves have been produced for both 0° and 90° fibre orientations.Micrography of sectioned specimen has been conducted. The study finds the fatiguelimit of the 0° specimen to be as high as 80% of the material tensile failurestrength, while results from the 90° study indicate a lower but inconclusivevalue. An attempt at qualitatively determining the factors causing the material behaviourhas been made and is deliberated upon. === Kolfiberförstärkt plast (CFRP) är ett material med höga specifika mekaniska egenskaperoch goda utmattnings- och vibrationsdämpande egenskaper, och kan potentielltersätta stål och aluminium i fordonsstrukturer. Detta arbete fokuserar på testmetodikoch utmattningsegenskaperna för ett enkelriktat material (UD) i 0° och90° orientering, reproduktion, validering och utveckling av metoden utvecklad avWanner [1]. Under genomförande av utmattningsprovning av en CFRP-komposit idrag belastning utfördes töjningsmätningar på plats för att undersöka den gradvisatöjningen av provet (eftersom detta avser styvhetsförlust, dvs utmattningsskada). Enavbildningsmetodik som fångar provet vid toppbelastning har utvecklats, inklusiveen utlösningsmekanism som aktiverar kameran vid önskad tid och cykelantal, samten metod för att extrahera fotografiet av provet vid maximal förskjutning, vilketmöjliggör jämförelse vid olika cykelantal. En metod som förbättrar provstavsproduktionoch kvalitet har utvecklats. S-N kurvor har skapats för både 0° och 90° fiberorientering.Mikrografi av snittprov har utförts. Studien indikerar at utmattningsgränsenför provet i 0° kan vara så hög som 80% av materialets dragfasthållfasthet,medan resultaten från 90° studie indikerar ett lägre men tvetydigt värde. Ett försökatt kvalitativt bestämma de faktorer som orsakar det materiella beteendet har gjorts.