Fatigue Crack Growth Mitigation by In Situ Healing in Thermoset CFRP Composite

材料科学 复合材料 分层(地质) 复合数 热固性聚合物 巴黎法 悬臂梁 使用寿命 自愈 结构工程 断裂力学 裂缝闭合 医学 古生物学 构造学 替代医学 病理 俯冲 生物 工程类
作者
Nilesh J. Vishe,Sameer B. Mulani,Samit Roy
出处
期刊:AIAA Journal [American Institute of Aeronautics and Astronautics]
卷期号:61 (9): 4140-4148
标识
DOI:10.2514/1.j062726
摘要

Delamination due to fatigue loading in laminated composites is difficult to detect and, therefore, could lead to catastrophic failure if left undetected. Hence, it is important to be able to detect and quantify the delamination crack growth behavior due to fatigue loading and explore methods to heal the delamination in situ, without the need for mechanical fasteners. To this end, double cantilever beam specimens of carbon-fiber-reinforced polymer composite containing thermoplastic healants were manufactured, and mode I fatigue delamination experiments were carried out for the virgin and healed cases for oven healing, and in situ macro fiber composite healing cases. The primary purpose of using thermoplastic healants (polycaprolactone and shape memory polymer) was to heal the cracks formed during fatigue loading and regain the load-carrying capacity of the composite structure. The in situ healing was carried out by activating the macro fiber composite actuators attached to the double cantilever beam specimen after 5000 cycles of loading to generate heat. After in situ healing, significant reduction in crack growth compared to the virgin cycle was observed, and healing was repetitive. We envision that these findings will be immensely helpful in extending the service life of composites and may also result in significant repair cost savings.

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