Narzędzia help

Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
first last
cannonical link button

http://yadda.icm.edu.pl:80/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-6874cbf2-01de-481e-9ded-8c58cf8bca3b

Czasopismo

Advances in Manufacturing Science and Technology

Tytuł artykułu

Non-linear mechanical analysis of the composite overwrapped cylinder for hydraulic applications

Autorzy Nowak, T.  Schmidt, J. 
Treść / Zawartość
Warianty tytułu
PL Nieliniowa analiza wytężenia cylindrów hydraulicznych wzmacnianych kompozytem polimerowym
Języki publikacji EN
Abstrakty
EN This paper provides a new method for an elasto-plastic analysis of stress and deformation fields in the composite overwrapped cylinder under the pressure load. The cylinder structure consisting of steel liner and composite shell was examined. The non-linear properties of the steel tube, and orthotropic properties of the composite were assumed in this analysis. The compound cylinder was checked against internal working pressure and external axial forces. The optimal design parameters of the pressurized vessel were found by analytical as well as numerical methods, and later validated in experimental measurements. It was generally found, that composite reinforcement does not contribute very much to the mechanical performance of the cylinder when the steel liner works in elastic range, but, in contrast, it provides a big support when the metal tube approaches plastic deformation. This phenomenon allows to increase the power-to-weight ratio of the pressurized vessel, what is especially important for demanding hydraulic applications.
PL W pracy przedstawiono metodę analizy mechanicznej cylindra hydraulicznego wzmocnionego płaszczem kompozytowym. Cylinder poddano obciążeniu roboczemu wywołującemu odkształcenie sprężysto-plastyczne. W analizie uwzględniono nieliniową zależność naprężenie-odkształcenie dla tulei metalowej, natomiast dla kompozytu polimerowego założono ortotropię jego właściwości. Obciążenie robocze powoduje zarówno ciśnienie działające na wewnętrze ścianki cylindra, jak i zewnętrzna siła osiowa. Zaproponowano nową, analityczną metodę obliczeniową. Stanowi ona podstawę do optymalizowania konstrukcji cylindra: doboru materiału kompozytowego, orientacji poszczególnych warstw oraz ich grubości. Prowadzono zarówno weryfikację numeryczną metodą elementów skończonych, jak i laboratoryjną poprzez realizację opracowanego programu badań. Analiza uzyskanych wyników pozwala stwierdzić, że wzmocnienie kompozytowe nie jest znacznie obciążone, dopóki stalowa tuleja pracuje w zakresie sprężystym odkształcenia. Zwiększenie obciążenia roboczego powoduje, że naprężenie jest większe od granicy sprężystości metalu. Zwiększa się również odkształcenie plastyczne. Wówczas znaczną część obciążenia przejmuje płaszcz kompozytowy. Zjawisko to jest korzystne – umożliwia lepsze wykorzystanie materiału cylindra i jednocześnie zabezpiecza tuleję stalową przed nadmiernym obciążeniem.
Słowa kluczowe
PL zbiornik ciśnieniowy   tuleje wzmocnione powłoką kompozytową   analiza elasto-plastyczna  
EN pressure vessel   composite-reinforced metal cylinders   elasto-plastic analysis  
Wydawca Komitet Budowy Maszyn PAN
Czasopismo Advances in Manufacturing Science and Technology
Rocznik 2013
Tom Vol. 37, nr 4
Strony 31--48
Opis fizyczny Bibliogr. 19 poz., fot., rys., tab.
Twórcy
autor Nowak, T.
autor Schmidt, J.
Bibliografia
[1] R. HILL: The mathematical theory of plasticity. Clarendon Press, Oxford 1950.
[2] A. MENDELSON: Plasticity: theory and applications. The Macmillann Company, New York 1968.
[3] J. CHAKRABRY: Theory of plasticity. McGraw-Hill, New York 1987.
[4] D.M. FRYER, and J.F. HARVEY: High pressure vessels, Chapman & Hill, London 1998.
[5] D. DURBAN, and M. KUBI: A general solution for the pressurized elastoplastic tubes. Journal Appl. Mech., 59(1992), 20-26.
[6] A.P. PARKER: Autofrettage of open end tubes – pressures, stresses, strains and code comparisons. Journal Pressure Vessel Technol., 123(2001), 271-281.
[7] W. ZHAO, R. SESHADRI, R.N. DUBEY: On Thick-walled cylinder under internal pressure. Journal Pressure Vessel Technol., 125(2003), 267-273.
[8] J. PERRY and J. ABOUDI: Elasto-plastic stresses in thick walled cylinders. ASME Journal Pressure Vessel Technol., 125(2003), 248-252.
[9] G. WIDLAK: Radial return method applied in thick-walled cylinder analysis. Journal of Theor. and App. Mech., 48(2010)2, 381-395.
[10] D. GAY, S.V. HOA, S.W. TSAI: Composite materials: design and applications. CRC Press, 2002.
[11] R. JONES: Mechanics of composite materials, 2nd ed. CRC Press, 1998.
[12] P.K. MALLICK: Composites engineering handbook. CRC Press, 1997.
[13] P.D. SODEN, R. KITCHING and P.C. TSE: Experimental failure stresses for ±55° filament wound glass fiber reinforced plastic tubes under biaxial loads. Composites, 20(1989), 125-135.
[14] J. MISTERY, A.G. GIBSON and Y-S. WU: Failure of composite cylinders under combined external pressure and axial loading. Composites Structure, 22(1992), 193-200.
[15] M. XIA, K. KEMMOCHI and H. TAKAYANAGI: Analysis of filament-wound fiber-reinforced sandwitch pipe under combined internal pressure and thermomechanical loading. Composites Structure, 51(2001), 273-283.
[16] M. UEMURA, and H. FUKUNAGA: Probabilistic burst strength of filament-wound cylinders under internal pressure. Journal Comp. Mater., 15(1991), 462-480.
[17] J.M. LIFSHITZ, and H.M. DAYAN: Filament-wound pressure vessel with thick metal line. Composites Structure, 32(1995), 313-323.
[18] P. CZARNOCKI: Interlaminar fracture toughness of selected fibre-reinforced polymer matrix composites. Advances Manufacturing Science and Technology, 34(2010)2, 47-58.
[19] P.M. WILD, and G.W. VICKERS: Analysis of filament-wound cylindrical shells under combined centrifugal pressure and axial loading. Composites Part A, 28(1997), 47-55.
Uwagi
EN The authors express their appreciation for support of Polish Ministry of Science and Higher Education for its financial support to this study (project NR 15005906).
Kolekcja BazTech
Identyfikator YADDA bwmeta1.element.baztech-6874cbf2-01de-481e-9ded-8c58cf8bca3b
Identyfikatory
DOI 10.2478/amst-2013-0030