Carbon composite rod joints and connectors

Abstract

This report was written as a master thesis at the Department of Engineering Design and Materials at The Norwegian University of Science and Technology.

The purpose of the work described in this report was to develop and evaluate a concept for repairing accidentally broken carbon fibre rods used in Ziebel’s ZipLog system. The report covers production, testing and evaluation of tubular single strap joints with UD CFRP adherents. It also covers the testing of the longitudinal modulus and the in plane shear strength of the rod material.

The longitudinal modulus of the rod was tested in tensile. The test results showed that the modulus increase with the strain. The secant modulus of the rod material at 2% strain was estimated to 145GPa.

The in plane shear strength has been estimated with a novel shear test method. The mean shear strength of tested specimens was 29.4MPa, with a standard deviation of 7.7Mpa.

Three tubular single strap joints have been produced. The highest tensile strength achieved was 62.7kN. Based on FE-analyses of the joint, it is reasonable to assume that the tensile strength of the joint can be increased further by changing the joint properties, such as the geometry and modulus of the outer adherent.

Denne oppgave er skrevet som en del av mastergraden ved Institutt for Produktutvikling og Materialer ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet.

Målet med arbeidet som er beskrevet i denne rapporten var å utvikle og evaluere et konsept for reparering av ødelagte karbon staver brukt I Ziebel’s ZipLog system. Rapporten omhandler produksjon, testing og evaluering av sylindriske skjøter med ensrettet CFRP tilsluttning. Den omhandler også testing av langsgående stivhet og skjærstyrke av materialet I staven.

Stavens langsgående stivhet ble testet i strekk. Testresultatene viste at stivheten stiger med tøyningen. Sekant stivheten til materialet i staven 2% tøyning ble estimert til 145GPa.

Skjærstyrken ble fastslått med en ny testmetode. Den gjennomsnittlige skjærstyrken til prøvene som ble testet var 29,4MPa, med et standardavvik på 7,7MPa.

Tre sylindriske skjøter ble produsert. Den høyeste oppnådde laststyrken var 62,7kN. Basert på element analyser av skjøten er det rimelig å anta at det kan oppnås høyere styrke på skjøten gjøre forandringer i f.eks skjøtens geometri og stivheten til den ytre sammenføyningen.