Kamil Rafal Dabrowski

BEng Automotive Engineering
BEng Peirianneg Fodurol

Monitoring techniques of CFRP.

Technegau monitro CFRP.

This paper is conducted to present an essential review in the carbon fibre reinforced plastic (CFRP) materials field by looking at the methodology of measuring stresses and strains by a variety of methods which leads to finding defects in their structure. The dissertation presents the issues related to the detection of very thin defects in the form of inclusions of foreign materials, delamination, and material losses in CFRP composite materials. Some defects can occur at the manufacturing stage when some will occur during in-service life. Typical causes are linked with the cycling fatigue loads, impact damage and environmental conditions when in-service life. Also, typical manufacturing defects in fibre composites are delamination, debonding, foreign object inclusions, porosity which weaken the structure and overall strength and modulus.
The carbon fibre reinforced plastics are generally used in such applications where their performance is human's life dependent or partially depended on but because of close vicinity with human body it is important for this material to fulfil safety requirements. This review study is essential to understand measuring methodology of a material which is widely used in for example the transport industry where the main advantage is lightweight combined with strength and rigidity even higher than metals. It is not an easy task to predict and determine fatigue endurance of CFRP and the best way is to control it by a variety of measuring methods. There are methods so called destructive and non-destructive. The CFRP performance nature is anisotropic, so depending on orientation, length, and size of fibre it performs differently. Because of the nonhomogeneous nature of such material, it is not an easy task to predict behaviour of final product after manufacturing and in life service after time where ageing process occurs as well as external factors like cyclic loads and unexpected forces (environmental conditions) causing damage.
To gather all necessary knowledge this report will be based on wide literature due to costs related to experimental approach and accessibility. This review will analyse all important existing developed and in development stage methods with revealing their advantages and disadvantages. The other aim of this report is to collect all up-to-date accessible information to help with understanding what is really going on in the world of
iv
Kamil Dabrowski
monitoring of CFRP for people which begins their journey in this field and are more interested in following that path.
The discussed techniques are visual inspection, ultrasonic, thermographic, radiography, acoustic emission, Eddy current and digital image correlation “DIC”. All above will be presented and discussed with analysis of which one could be best for application to CFRP in service to support selection process of NDT technique.

Cynhelir y papur hwn i gyflwyno adolygiad hanfodol ym maes deunyddiau plastig a atgyfnerthwyd gan ffibr carbon (CFRP) drwy edrych ar fethodoleg mesur straen a phwysau drwy amrywiaeth o ddulliau sy'n arwain at ddod o hyd i ddiffygion yn eu strwythur. Mae'r traethawd hir yn cyflwyno'r materion sy'n ymwneud â chanfod diffygion tenau iawn ar ffurf cynhwysiant deunyddiau estron, dadlaminadu, a cholledion materol mewn deunyddiau cyfansawdd CFRP. Gall rhai diffygion ddigwydd yn ystod y cam gweithgynhyrchu pan fydd rhai'n digwydd yn ystod bywyd mewn gwasanaeth. Mae achosion nodweddiadol yn cael eu cysylltu â'r llwythi blinder beicio, difrod effaith ac amodau amgylcheddol pan fyddant mewn bywyd mewn gwasanaeth. Hefyd, mae diffygion gweithgynhyrchu nodweddiadol mewn cyfansoddion ffibr yn cynnwys dadlaminadu, dadfondio, cynnwys gwrthrychau estron, mandylledd sy'n gwanhau'r strwythur a chryfder a modwlws cyffredinol. Yn gyffredinol, defnyddir y plastigau wedi’u hatgyfnerthu gan ffibr carbon mewn cymwysiadau o'r fath lle mae eu perfformiad yn ddibynnol ar fywyd dynol neu'n dibynnu'n rhannol arno ond oherwydd cyffiniau agos â chorff dynol mae'n bwysig i'r deunydd hwn fodloni gofynion diogelwch. Mae'r astudiaeth adolygu hon yn hanfodol er mwyn deall methodoleg fesur deunydd sy'n cael ei ddefnyddio'n helaeth yn, er enghraifft, y diwydiant trafnidiaeth lle mae'r brif fantais yw ei fod yn ysgafn ynghyd â chryfder ac anhyblygrwydd hyd yn oed yn uwch na metelau. Nid yw'n dasg hawdd rhagweld a phennu'r dygnwch blinder CFRP a'r ffordd orau yw ei reoli drwy amrywiaeth o ddulliau mesur. Mae dulliau sy’n cael eu galw yn ddinistriol ac yn annistrywiol. Mae natur perfformiad CFRP yn anisotropig, felly yn dibynnu ar gyfeiriadedd, hyd a maint y ffibr mae'n perfformio'n wahanol. Oherwydd natur di-homogenaidd deunydd o'r fath, nid yw'n dasg hawdd rhagweld ymddygiad cynnyrch terfynol ar ôl gweithgynhyrchu ac mewn gwasanaeth bywyd ar ôl amser lle mae proses heneiddio'n digwydd yn ogystal â ffactorau allanol fel llwythi cylchol a grymoedd annisgwyl (amodau amgylcheddol) sy'n achosi difrod. Er mwyn casglu'r holl wybodaeth angenrheidiol, bydd yr adroddiad hwn yn seiliedig ar lenyddiaeth eang oherwydd costau sy'n gysylltiedig â dull arbrofol a hygyrchedd. Bydd yr adolygiad hwn yn dadansoddi'r holl ddulliau pwysig sydd eisoes wedi'u datblygu ac sydd yn y cyfnod datblygu gan ddatgelu eu manteision a'u hanfanteision. Nod arall yr adroddiad hwn yw casglu'r holl wybodaeth hygyrch ddiweddaraf i helpu i ddeall yr hyn sy'n digwydd mewn gwirionedd ym myd monitro CFRP iv Kamil Dabrowski ar gyfer pobl sy'n dechrau ar eu taith yn y maes hwn ac sydd â mwy o ddiddordeb mewn dilyn y llwybr hwnnw. Y technegau sy’n cael eu trafod yw archwilio gweledol, uwchsain, thermograffi, radiograffeg, allyriadau acwstig, cerrynt Eddy a chydberthynas delwedd digidol "DIC". Bydd pob un uchod yn cael ei gyflwyno a'i drafod gyda dadansoddiad o ba un fyddai orau i'w gymhwyso i CFRP yn y gwasanaeth i gefnogi proses ddethol y dechneg NDT.