An experimental study of the fracture behavior of particulate reinforced composites using digital image correlation

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2017-05, Vol.48 (5), p.349-357
• Main Authors: Na, S.H., Lee, J. W., Kim, J.H., Park, J.B., Jung, G.D.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Crack opening displacement; Crack propagation; Crack tip opening angle; Crack tip opening displacement; Crack tips; Digital image correlation; Digital imaging; Digitale Bildkorrelation; Keilspalttest; Mathematical analysis; Particulate composites; Particulate reinforced composite; Partikelverstärkter Verbundwerkstoff; Rissspitzenöffnungsverschiebung; Rissspitzenöffnungswinkel; Splitting; Wedge-splitting test
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201600777

This study aims to investigate the fracture behavior of particulate reinforced composites to determine resistance properties. It is important to evaluate the crack propagation characteristics of the materials under various temperatures and strain rates. The tests using a wedge splitting specimen are conducted under temperatures ranging from 60 °C to −60 °C and strain rates of 5 and 50 mm/min. KI is calculated using an equation suggested by ASTM (American society for testing and materials) E399. The splitting loads and crack resistance for crack extension at various temperatures are estimated. Also, the crack tip opening angle is calculated from the crack tip opening displacement and crack extension measured via the optical method. The crack tip opening angle consists of an unstable and stable region by which the critical crack tip opening angle can be determined. In addition, digital image correlation is used to calculate the strain fields around the crack tip as well as the whole specimen. Translation Ziel dieser Studie ist es, das Bruchverhalten von partikelverstärkten Verbundwerkstoffen zu untersuchen, um die Widerstandseigenschaften zu bestimmen. Es ist wichtig, die Rissausbreitungseigenschaften der Materialien unter verschiedenen Temperaturen und Dehnraten zu bewerten. Die Tests werden unter Verwendung einer Keilspaltprobe bei Temperaturen von 60 °C bis −60 °C und Dehnraten von 5 und 50  mm/min durchgeführt. KI wird unter Verwendung einer von der ASTM (American Society for Testing and Materials) in E399 vorgeschlagenen Gleichung berechnet. Die Aufweitungslasten und die Rissfestigkeit für die Rissausbreitung bei verschiedenen Temperaturen werden bestimmt. Außerdem wird der Rissspitzenöffnungswinkel aus der Rissspitzenöffnungsverschiebung und der Rissausdehnung, die über ein optisches Verfahren gemessen wird, berechnet. Der Rissspitzenöffnungswinkel besteht aus einem instabilen und einem stabilen Bereich, durch den der kritische Rissspitzenöffnungswinkel bestimmt werden kann. Zusätzlich wird die digitale Bildkorrelation verwendet, um die Dehnungsfelder um die Rissspitze herum sowie der gesamten Probe zu berechnen.