Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wykorzystanie metod przyrostowych w budowie i obróbce elementów kompozytowych o złożonej geometrii

Kaczorowska Katarzyna, Jakubowski Michał

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2020

|

z. 92 [300]

77--93

PL

W niniejszej pracy przedstawiono problematykę wykorzystania metod przyrostowych w budowie i obróbce elementów kompozytowych o złożonej geometrii, jako składową szerszego projektu poświęconego budowie zespołu chłodzącego ogniwo paliwowe motoszybowca AOS-H2. Zważywszy na niewielkie wymiary części kompozytowych (jak na warunki zastosowań danego materiału), konieczne było wprowadzenie druku 3D, jako technologii pomocniczej zarówno w trakcie laminowania, obróbki półfabrykatów, jak również jako tańszą i szybszą alternatywę produkcyjną stempli dociskowych. Zastosowanie metod przyrostowych wpłynęło nie tylko na poprawę jakości gotowego wyrobu, ale również było niezbędne, aby niektóre z elementów wentylatora, wbrew powszechnej opinii, mogły zostać wykonane z włókna węglowego w tak niewielkiej skali (np. łopatki, których wysokość nie przekraczała 50 mm). Wprowadzenie druku 3D do pracy z laminatem umożliwiło użycie kompozytu do budowy elementów o złożonej geometrii i stosunkowo niewielkich wymiarach.

2

Influence of fiber reinforcement towards the physical characteristics of low density polyethylene laminated composites

Ravichandran S., Raj A. Daniel, Visvanath P. Balaji, Mohammad Faruq, Al-Lohedan Hamad A., Sagadevan Suresh

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 6

449--457

EN

In recent years, the increased interest in the design and fabrication of lightweight polymer composites with various combinations and stoichiometry is due to their enhancement of electrical, mechanical, thermal, and biological properties compared to the properties of conventional materials. With that view, the present study deals with the effects of low density polyethylene composites (LDPE) reinforced with epoxy resin, glass fiber, carbon fiber, and Kevlar towards the mechanical, thermal, and water absorption properties. The mechanical studies showed that the LDPE composite reinforced carbon fiber has the best tensile properties compared to other composites and this can be mostly due to the proper bonding and associated interaction between the polymeric matrix and the bidirectional layer of the fibers. Also, the carbon fiber reinforced composite has superior properties of impart energy compared to the other composites and the non-reinforced ones and this is attributed to the crystalline nature of carbon fiber. Further studies of the thermal properties indicated that the retention of thermal stability for all the fiber-reinforced polymer composites, while the water absorption revealed a considerable increase in the weight of Kevlar fiber-reinforced composite. From the overall analysis, the enhanced properties of LDPE matrix reinforced fibers are linked to the morphological changes that occurred and are directly affected by the nature of the fiber.

PL

Zwiększone w ostatnich latach zainteresowanie projektowaniem i wytwarzaniem lekkich kompozytów polimerowych wynika z ich lepszych właściwości elektrycznych, mechanicznych, termicznych i biologicznych w porównaniu z cechami materiałów konwencjonalnych. Zbadano wpływ rodzaju wzmocnienia (włókno szklane, włókno węglowe i włókno Kevlar) na właściwości mechaniczne, termiczne i absorpcję wody laminatowych kompozytów polietylenu małej gęstości (LDPE) z żywicą epoksydową. Stwierdzono, że kompozyt LDPE z włóknem węglowym, w porównaniu z innymi kompozytami, wykazuje najlepszą wytrzymałość na rozciąganie, co może wynikać głównie z interakcji polimerowej osnowy z dwukierunkową warstwą włókien. Ponadto kompozyt ten ma większą zdolność przenoszenia energii niż pozostałe badane kompozyty, co można przypisać krystalicznej budowie włókna węglowego. Badania właściwości termicznych wykazały stabilność termiczną wszystkich kompozytów polimerowych wzmocnionych włóknami oraz znaczną absorpcję wody kompozytu wzmocnionego włóknem Kevlar.

3

Wpływ podwyższonej temperatury na zachowanie elementów zginanych zbrojonych prętami FRP

Protchenko Kostiantyn

Materiały Budowlane

|

2020

|

nr 5

31--33

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych belek pełnowymiarowych zbrojonych różnego rodzaju zbrojeniem FRP: (i) zbrojenie na bazie włókien bazaltowych BFRP(Basalt FRP); (ii) hybrydowe zbrojenie HFRP(Hybrid FRP) z włóknami węglowymi i bazaltowymi oraz (iii) nano-hybrydowe pręty nHFRP (nano-Hybrid FRP) ze zmodyfikowaną żywicą epoksydową. Sprawdzenie odporności ogniowej przeprowadzono wg scenariusza pożaru umownego zgodnie z krzywą standardową ISO-834 – elementy były poddane obciążeniu (zginaniu 4-punktowemu) i jednocześnie podgrzaniu z trzech stron (z boków oraz od strony dolnej). Wyniki wskazały, że wysoka temperatura ma istotny wpływ na nośność elementów (zmniejszenie nośności średnio o ok. 40%) oraz na sposób ich zniszczenia. Belka zbrojona prętami BFRP wykazała najlepsze wyniki – zniszczenie próbki nastąpiło po 97 min, maksymalne ugięcie wyniosło 16 cm, a temperatura mierzona na spodzie belki ok. 940°C i ok. 600°C na prętach. Odporność ogniowa elementów zbrojonych prętami FRP różniła się w zależności od rodzaju zastosowanego zbrojenia.

XX

This paper describes the results of experimental studies for full-size beams reinforced with various types of FRP reinforcement: (i) Basalt – FRP (BFRP), (ii) Hybrid – FRP (HFRP) with carbon and basalt fibers, and (iii) nano-Hybrid-FRP (nHFRP) with modified epoxy resin. The fire resistance was checked in accordance with the contractual fire scenario based on the ISO-834 standard curve – the elements were subjected to loading (4-point bending) and at the same time heating of three edges (from the sides and from the bottom). The results showed that the temperature has a significant impact on the load-bearing capacity of the elements (the strength capacity was reduced by approximately 40%) and on the method of their destruction. The beam reinforced with BFRP bars showed the best results, destruction of the sample occurred after 97 minutes, maximum deflection - 16 cm, and the temperature measured on the bottom of the beam reached 940°C and about 600°C on the bars. The fire resistance of FRP reinforced elements was varying and depends on the type of reinforcement used.

4

Problemy napraw i wzmocnień żelbetowych podpór mostów

Jarominiak Andrzej

Inżynieria i Budownictwo

|

2020

|

R. 76, nr 12

580--590

PL

Omówiono rezultaty ankiety przeprowadzonej w USA na temat problemów utrzymania podpór mostów. Przedstawiono uszkodzenia i niektóre metody naprawy podpór żelbetowych, w tym stosowanie ultrazapraw cementowych z włóknami węglowymi lub szklanymi (UHPFRC) oraz omawia przyczyny małej trwałości napraw i metody jej zwiększenia: ekstrakcję chlorków, ochronę katodową zasilaną prądem ze źródła zewnętrznego i ochronę systemami anod galwanicznych.

EN

The article informs about the results of the survey conducted in the USA on the problems of maintenance the bridge substructures, lists the damage and informs about some methods of repairing reinforced concrete of these structures, including Ultra-High Performance Fibre Rein-forced Concrete, discusses the reasons for the low durability of repairs and methods of increasing it: chloride extraction, impressed current cathodic and galvanic anodes systems protection.

5

Development of Loop-Shaped Textile Anchoring Reinforcements Based on Multiaxial Warp Knitting Technology

Rittner Steffen, Speck Kerstin, Seidel André, Ewertowski Mateusz, Curbach Manfred, Cherif Chokri

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2020

|

Nr 6 (144)

64--71

EN

Due to the General Building Approval granted for the strengthening of steel reinforced concrete structures by means of textile reinforced concrete, the foundation for its introduction into practice was successfully established. It approves textile reinforcements in the form of non-crimp fabrics made of carbon fibre heavy tows with high yarn fineness. Thus, it is aimed at increasing the amount of filaments per roving in order to minimise the number of reinforcing layers required. However, the relation between the surface and cross-sectional area is compromised once fineness is increased, leading to an unfavourable enlargement of anchoring and overlapping lengths. Therefore, a recently concluded research project evaluated if this challenge can be overcome by means of a loop-shaped selvedge. This paper presents the results generated within these investigations, proving the potential of the textile-based solution. Moreover, required machine modifications based on multiaxial warp knitting technology for the integral and continuous manufacturing of anchoring textile reinforcements as well as significant results derived from bonding tests will be introduced.

PL

W pracy zaproponowano wzmocnienie konstrukcji żelbetowych za pomocą betonu zbrojonego materiałem tekstylnym w postaci tkanin wykonanych z włókien węglowych. Celem pracy było zwiększenie ilości włókien przypadających na niedoprzęd, tak aby zminimalizować liczbę wymaganych warstw wzmacniających. Jednak kompromisowa zależność między powierzchnią a polem przekroju jest zagrożona po zwiększeniu grubości, co prowadzi do niekorzystnego zwiększenia zakotwienia i zachodzenia na siebie długości. Dlatego niedawno zakończony projekt badawczy miał na celu ocenę, czy to wyzwanie można pokonać za pomocą krajki w kształcie pętli. W artykule przedstawiono wyniki uzyskane w ramach tych badań, które potwierdziły potencjał rozwiązania tekstylnego. Ponadto w wyniku przeprowadzonych badań wprowadzono wymagane modyfikacje maszyn w oparciu o technologię wieloosiowego dziania osnowowego do integralnego i ciągłego wytwarzania tekstylnych wzmocnień kotwiących.

6

Air humidity-induced error in measuring resistance of a carbon fibre strain sensor

Górski M., Krzywoń R., Kekez S.

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 3

157--171

EN

The paper describes studies on the influence of humidity on the electrical resistance of a textile sensor made of carbon fibres. The concept of the sensor refers to externally bonded fibre reinforcement commonly used for strengthening of structures, however the zig-zag arrangement of carbon fibre tow allows for measuring its strain. The sensor tests showed its high sensitivity to the temperature and humidity changes which unfavourably affects the readings and their interpretation. The influence of these factors must be compensated. Due to the size of the sensor, there is not possible electrical compensation by the combining of “dummy” sensors into the half or full Wheatstone bridge circuit. Only mathematical compensation based on known humidity resistance functions is possible. The described research is the first step to develop such relations. The tests were carried out at temperatures of 10°C, 20°C, 30°C and humidity in the range of 30-90%.

PL

Kompensacja błędu pomiaru w tensometrii elektrooporowej ma istotne znaczenie dla dokładności mierzonych odkształceń. Wśród źródeł błędu zazwyczaj są zmiany temperatury, wilgotności, wahania stałej tensometru, przebieg ścieżki przewodzącej czy odkształcenia w kierunku prostopadłym. Już wstępne badania opracowanego przez autorów artykułu sensora odkształceń wykorzystującego włókna węglowe, jako przewodnik wykazały jego znaczną wrażliwość na zmiany wilgotności. Koncepcja sensora polega na wykorzystaniu laminatu zbrojonego włóknami węglowymi, tradycyjnie stosowanego do wzmacniania konstrukcji budowlanych, jako układu samo-monitorującego. Funkcja taka może być bardzo przydatna z uwagi na kruche właściwości tego typu materiałów i gwałtowny proces zniszczenia. Uzyskanie wystarczającej czułości wymaga wężykowatego ułożenia włókien węglowych, analogicznie do klasycznego tensometru elektrooporowego. Opisany w artykule sensor jest trzecią generacją rozwoju koncepcji, modyfikacja polega na zastąpieniu produkcji w procesie tkania przez stabilizację włókien na siatce kompozytowej. Zaletą tego rozwiązania jest ograniczenie niebezpieczeństwa przypadkowych zwarć w wyniku nieprawidłowej laminacji sensora.

7

Influence of Honeycomb Core Stabilization on Composite Sandwich Structure Geometry

Michalski Mateusz, Krauze Wojciech

Transactions on Aerospace Research

|

2019

|

Nr 3 (256)

1--13

EN

Authors showed the influence of stabilization of the honeycomb core on shape of the composite sandwich test panel. Adhesive film laid on core ramps and cured with suitable cure cycle served as core stabilizer. Test panel geometry included different ramp angles (20° and 30°). To verify stabilization process a technology trial was performed. Three test panels were manufactured (3-stage, 1-stage and 1-stage with stabilized core). All test panels were manufactured in OoA process (Out of Autoclave). Panel surfaces were scanned with 3D scanner and compared with the reference CAD model. Both outer skin and inner skin were manufactured in Automated Fiber Placement Laboratory of Warsaw Institute of Aviation.

PL

W artykule przedstawiono wpływ stabilizacji wypełniacza komórkowego na kształt utwardzonej części kompozytowej w postaci przekładkowego panelu testowego o różnych kątach pochylenia ramp (20° oraz 30°). Jako stabilizator wypełniacza posłużył klej błonkowy położony na rampach wypełniacza i następnie utwardzony w odpowiednim cyklu termicznym. Po przeprowadzeniu pozytywnej próby technologicznej stabilizacji wypełniacza zostały wykonane 3 panele w różnych technologiach (1 oraz 3 etapowym). Panel ze stabilizowanym wypełniaczem został utwardzony w procesie 1 etapowym. Wszystkie panele wytworzone zostały w procesie bez użycia autoklawu (OOA – Out of Autoclave). Porównaniu metodą skanowania 3D została poddana powierzchnia wynikowa paneli po utwardzeniu. Jako referencję do porównania został przyjęty model CAD panelu. Zarówno warstwa zewnętrzna jak i wewnętrzna zostały ułożone w Laboratorium Zrobotyzowanego Układania Taśm Kompozytowych Instytutu Lotnictwa za pomocą robota AFP (Automated Fiber Placement).

8

Macroscopic dynamic response of mechanical systems involving composites and effect of inner structure on damping properties

Murčinková Zuzana

Mechanik

|

2019

|

R. 92, nr 4

288--291

EN

The paper deals with relation between inner structure of the machine and the composite material used in it and macroscopic dynamic response. It presents the experimental results of testing the relation between inner composite material structure and damping properties presented by logarithmic decrement quantity. Moreover, the paper provides the case study of application the composite material layered structure to the flexographic printing machine and results of that applications presented by printing speed.

PL

W artykule omówiono zależność między wewnętrzną budową maszyny i wykorzystanego w niej materiału kompozytowego a makroskopową odpowiedzią dynamiczną układu. Przedstawiono wyniki badań zależności między wewnętrzną strukturą materiału kompozytowego a właściwościami tłumiącymi wyrażonymi przez logarytmiczny dekrement tłumienia. Ponadto zaprezentowano studium przypadku – zastosowanie kompozytu warstwowego w konstrukcji drukarki fleksograficznej oraz wpływ tego rozwiązana na uzyskiwaną prędkość druku.

9

Manufacturing gearbox housing case made of carbon fiber reinforced polymer composite by autoclave method

Jucha Barbara, Kozioł Mateusz

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 4

135--142

EN

The aim of the study was to verify the possibility of reproducing a steel, welded gear body element, using an epoxy-carbon composite, as an adaptation project. The content includes a description of the design and manufacturing process along with an indication of the problems occurring at various stages. The design procedure included product optimization, mold design, and composite structure design. The molded element was to be a composite monolithic structure and was intended for vibroacoustic studies. The wall thickness of the element was to be 6÷10 mm. Pre-impregnated fabric (so-called prepreg) with an areal mass of 240 g/m2 (outer layers) and 800 g/m2 (structural layers) was used as the material. The matrix was epoxy resin. The technological procedure included producing the mold and molding the product using the produced mold. The mold was made by milling with a 5-axis milling center (CNC), based on a block assembled of epoxy panels. The molding of the product was started by manually lining the mold with a layup of prepregs. During laying, consolidation was carried out several times using a vacuum bag. A full vacuum packet (vacuum foils, breather, delamination fabric) was applied to the layup. The preformed layup was cured in an autoclave at 120°C, at the pressure of 4 bar and a set -1 bar vacuum inside the packet. The total process time was 4 hours. It was found that the obtained product very accurately reproduces the steel housing and meets the assumptions of the comparative element for vibroacoustic testing. The use of the composite allowed the weight of the element compared to the original to be reduced by over 80% without taking into account the weight of additional steel elements necessary for installation and by over 60% including the weight of those elements. The performed procedures and their effect confirm that polymer matrix composite materials are very well suited for reproducing products and creating prototypes.

PL

Celem pracy była ocena możliwości odtworzenia stalowego, spawanego elementu korpusu przekładni zębatej z kompozytu epoksydowo-węglowego, na zasadach projektu adaptacyjnego. Opisano proces projektowania oraz wytwarzania wraz ze wskazaniem problemów występujących na różnych etapach. Procedura projektowania obejmowała optymalizację wyrobu, projektowanie formy oraz projektowanie struktury kompozytu. Formowany element miał stanowić kompozytową strukturę monolityczną i był przeznaczony do badań wibroaktywności. Grubość ścianek elementu miała wynosić 6÷10 mm. Jako materiał zastosowano tkaninę preimpregnowaną (tzw. prepreg) o gramaturze 240 g/m2 (warstwy zewnętrzne) oraz 800 g/m2 (warstwy konstrukcyjne). Osnowę stanowiła żywica eposksydowa. Procedura technologiczna obejmowała wykonanie formy oraz formowanie wyrobu z jej użyciem. Formę wykonano metodą frezowania z użyciem 5-osiowego centrum frezerskiego (CNC) na bazie półfabrykatu z płyty epoksydowych. Formowanie wyrobu rozpoczęto od ręcznego wyłożenia formy stosem prepregów. Podczas układania kilkukrotnie przeprowadzano konsolidację z użyciem worka próżniowego. Na ułożonym stosie zastosowano pełny pakiet próżniowy (folie uszczelniające, breather, delaminaż). Wstępnie uformowany stos utwardzano w autoklawie, w temperaturze 120°C, przy ciśnieniu o wartości 4 bar i zadanym podciśnieniu wewnątrz pakietu -1 bar. Całkowity czas procesu wyniósł 4 h. Stwierdzono, że uzyskany wyrób stanowi bardzo dokładne odwzorowanie obudowy stalowej oraz spełnia założenia elementu porównawczego do badań. Zastosowanie kompozytu pozwoliło na obniżenie masy odtwarzanego elementu w porównaniu z pierwowzorem: o ponad 80% bez uwzględnienia masy dodatkowych elementów stalowych, koniecznych do domontowania i o ponad 60% z uwzględnieniem masy tychże elementów. Wykonane działania i ich efekt potwierdzają, że polimerowe materiały kompozytowe bardzo dobrze nadają się do odtwarzania wyrobów w wymiarze jednostkowym oraz tworzenia prototypów.

10

Flexural performance of fibre reinforced composite beams - numerical analysis

Banat Dominik

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 3

119-125

EN

This paper deals with multi-layered FRP composite beams subjected to the three-point bending test. The study is focused on the flexural performance of rectangular composite beams made of glass or carbon fibre-reinforced laminates (GFRP and CFRP). Depending on the fibre orientation, various laminate systems were analysed with the main focus on [08]T and [908]T layups. Tests on three beams with different length-to-thickness ratios included a three-point short beam shear test (SBS), assuming a relatively short beam is in relation to its thickness, which maximized the induced shear stresses. Additionally, two variants of boundary conditions were discussed with layers oriented parallel and perpendicular to the loading plane. Geometrically nonlinear analysis aimed to verify the load-midspan deflection curves for various fibre-reinforced composite beams was performed. The presented initial results concern comparative numerical analysis performed by the finite element method (FEM), which is found to be crucial before further experimental research.

PL

Artykuł dotyczy wielowarstwowych belek kompozytowych typu FRP poddanych trzypunktowej próbie zginania. Badania koncentrują się na wytrzymałości na zginanie prostokątnych belek kompozytowych wykonanych z kompozytów włóknistych wzmacnianych włóknem szklanym lub węglowym (GFRP i CFRP). W zależności od kierunku ułożenia włókien analizie poddano różne konfiguracje laminatów ze szczególnym uwzględnieniem układów [08]T i [908]T. Analizę numeryczną wykonano dla trzech belek o różnych stosunkach długości do grubości, w tym również trzypunktowy test zginania krótkiej belki (SBS) w celu zmaksymalizowania naprężeń ścinających. Dodatkowo przedstawiono dwa warianty warunków brzegowych z warstwami ułożonymi równolegle lub prostopadle do płaszczyzny obciążenia. Przeprowadzono geometryczną analizę nieliniową w celu zweryfikowania krzywych obciążenie-ugięcie dla różnych wariantów belek wykonanych z kompozytów włóknistych. Przedstawione wstępne wyniki dotyczą porównawczej analizy numerycznej, wykonanej z zastosowaniem metody elementów skończonych (MES), która ma kluczowe znaczenie przed dalszymi badaniami eksperymentalnymi.

11

Evaluation of behavior of stitched epoxy-carbon fiber laminate under static bending conditions using simplified analysis of failure energy

Kozioł Mateusz, Mazurkiewicz Rafał

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 3

112--118

EN

The paper presents the attempt to assess the failure progress of a stitched carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminate by means of simple analysis of the failure energy after static bending tests. A laminate reinforced with a carbon twill weave (2/2) fabric, areal mass of 200 g/m2 in the form of 10 layer preforms was used for the tests. Some of the preforms were machine-stitched with a Kevlar 50 thread in lines with a 4 mm stitch length and 5 mm stitch spacing. The matrix of the composites was epoxy resin and the panels were molded by RTM. Curing took place at room temperature for three days. A fiber volume fraction of 50.5÷51.5% was obtained. Static bending tests were carried out on samples of the manufactured materials. The obtained bending curves were subjected to a simple analysis of failure energy. It consisted in determining the energy corresponding to individual stages of the material destruction progress (i.e. the areas under the bending curve) as well as direct and comparative assessment of the determined values. It was found that the applied methodology of simple analysis of the failure process energy allows effective analysis of the failure progress of materials. The total failure energy obtained by the tested laminates in the main directions is: for unstitched about 8% higher than for stitched loaded in the direction along the stitch lines and about 15% higher than for stitched loaded transversely to the stitch lines. This means that less energy is needed to destroy a stitched laminate than to destroy an unstitched one. However, a stitched laminate exhibits a higher value of failure development energy at a later stage of the failure process, which translates into its greater residual load capacity compared to the unstitched one. It was also found that the DI factor (defined as the ratio of energy used to develop the failure process to the energy used to initiate the failure process) is higher for the stitched laminate than for the unstitched one. This trend applies to all the main load directions. This means that the stitched laminate is less fragile than the unstitched one. Analysis of the obtained results indicates that the stitched CFRP laminate is a material with a safer course of destruction than a corresponding unstitched one.

PL

Przedstawiono próbę oceny przebiegu zniszczenia zszywanego laminatu epoksydowo-węglowego (CFRP) za pomocą analizy energii zniszczenia, z użyciem oryginalnej metodologii prostej analizy energii zniszczenia w próbie zginania. Do badań wykorzystano laminat wzmocniony tkaniną węglową o splocie skośnym (2/2) i gramaturze 200 g/m2, w postaci 10 warstwowych preform. Część preform przeszyto maszynowo nicią Kevlar 50, jednokierunkowo, z długością ściegu 4 mm i odległością między liniami szwów 5 mm. Osnowę kompozytów stanowiła żywica epoksydowa, płyty laminatowe formowano metodą RTM. Dotwardzanie odbyło się w temperaturze pokojowej przez okres 3 dób. Uzyskano udział objętościowy włókien na poziomie 50,5÷51,5%. Na próbkach wytworzonych materiałów przeprowadzono próby statycznego zginania. Uzyskane krzywe zginania poddano prostej analizie energii zniszczenia. Polegała ona na wyznaczeniu energii odpowiadającej poszczególnym etapom postępu zniszczenia materiału (czyli pola powierzchni pod krzywą zginania) i ocenie bezpośredniej oraz porównawczej wyznaczonych wartości. Stwierdzono, że zastosowana metodyka prostej analizy energii procesu zniszczenia pozwala skutecznie analizować przebieg zniszczenia materiałów. Całkowita energia zniszczenia uzyskana w badanych laminatach, w kierunkach głównych, jest dla laminatu niezszywanego o ok. 8% większa niż dla zszywanego obciążanego w kierunku wzdłuż linii szwów i o ok. 15% większa niż dla zszywanego obciążanego poprzecznie do linii szwów. Oznacza to, że dla zniszczenia laminatu zszywanego potrzeba mniej energii niż dla zniszczenia niezszywanego. Jednakże, laminat zszywany wykazuje większą wartość energii rozwoju zniszczenia na późniejszym etapie procesu zniszczenia, co przekłada się na jego większą nośność resztkową w porównaniu z niezszywanym. Stwierdzono też, że dla laminatu zszywanego wskaźnik DI (definiowany przez stosunek energii zużytej na rozwój procesu zniszczenia do energii zużytej na zainicjowanie procesu zniszczenia) jest wyższy niż dla niezszywanego. Trend ten dotyczy wszystkich istotnych kierunków obciążania. Oznacza to, że laminat zszywany jest mniej kruchy niż odpowiedni laminat niezszywany. Analiza uzyskanych wyników wskazuje, że zszywany laminat CFRP jest materiałem o bezpieczniejszym w przebiegu zniszczenia niż odpowiadający mu laminat niezszywany.

12

Nowe rozwiązania stropów prefabrykowanych

Derkowski Wit

Cement Wapno Beton

|

2019

|

R. 22/84, nr 5

372--382

PL

Stropy betonowe stanowią zdecydowaną większość ze wszystkich typów stropów realizowanych na świecie. Nie wymagają one dodatkowych zabezpieczeń przeciwpożarowych lub okresowych zabiegów konserwacyjnych, jakim podlegają chociażby elementy stalowe, co czyni je tańszymi w eksploatacji. Przy wykonywaniu stropów z betonu coraz powszechniej zaczynają być wykorzystywane betony specjalne, a także technologia sprężania. Chęć odciążenia konstrukcji jest motorem poszukiwań możliwości wykorzystywania kruszywowych betonów lekkich w konstrukcjach stropowych. Bardzo ciekawą wydaje się być perspektywa wykorzystywania w prefabrykacji betonowej drobnoziarnistych betonów wysokowartościowych ze zbrojeniem tekstylnym z włókien węglowych, które pozwalają na nieporównywalnie mniejsze przekroje poprzeczne elementów niż obecnie realizowane są w technologii tradycyjnego żelbetu.

EN

Concrete floors constitute the vast majority of all types of floors erected worldwide. They do not require additional fire protection measures or periodical maintenance work that is necessary in the case of steel components, thus reducing the cost of their exploitation. Special concretes and prestressing technology are increasingly common in the production of concrete floors. The desire to de-load the structure is the driving force behind looking for ways of applying light-aggregate concretes in floor production. The application of fine-grain high performance concretes with textile carbon fibres reinforcement in concrete prefabrication processes seems an interesting solution, allowing for incomparably smaller cross-sections of the used elements than the components currently used in the traditional reinforced concrete technology. Although innovations in the area of on-site RC construction are not uncommon, prefabrication still constitutes a technology that is the most open to creating and implementing new and unconventional solutions in the construction industry.

13

Mechanical properties of laminated veneer lumber beams strengthened with CFRP sheets

Bakalarz M., Kossakowski P. G.

Archives of Civil Engineering

|

2019

|

Vol. 65, nr 2

57--66

EN

This paper presents the results of the static work analysis of laminated veneer lumber (LVL) beams strengthened with carbon fabric sheets (CFRP). Tested specimens were 45mm wide, 100 mm high, and 1700 mm long. Two types of strengthening arrangements were assumed as follows: 1. One layer of sheet bonded to the bottom face; 2. U-shape half-wrapped reinforcement; both sides wrapped to half of the height of the cross-section. The reinforcement ratios were 0.22% and 0.72%, respectively. In both cases, the FRP reinforcement was bonded along the entire span of the element by means of epoxy resin. The reinforcement of the elements resulted in an increase in the bending strength by 30% and 35%, respectively, as well as an increase in the global modulus of elasticity in bending greater than 20% for both configurations (in comparison to the reference elements).

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy pracy statycznej belek z forniru klejonego wzmocnionych matami węglowymi (CFRP) przyklejonymi do zewnętrznej powierzchni elementu. Belki o wymiarach 45x100x1700mm poddane zostały tzw. czteropunktowemu zginaniu. Przyjęto dwie konfiguracje zbrojenia: jedna warstw maty CFRP przyklejona do powierzchni dolnej elementu na całej jego długości oraz zbrojenie typu U – kompozyt obejmuję powierzchnie boczne do połowy wysokości przekroju poprzecznego i dolną strefy rozciąganej. Stopień zbrojenia przekroju poprzecznego wynosił odpowiednio 0,22% i 0,72%. W obu konfiguracjach do aplikacji wzmocnienia użyto kleju na bazie żywicy epoksydowej. Wzmocnienie elementów spowodowało wzrost nośności na zginanie przeciętnie o 30 i 35% oraz globalnego modułu sprężystości przy zginaniu o ponad 20% w stosunku do belek referencyjnych (niewzmocnionych). Wyniki analizy wykazały także duże zróżnicowanie w postaciach zniszczenia elementów wzmocnionych jedną warstwą maty. Sposób zniszczenia elementów dla drugiej konfiguracji wzmocnienia został ujednolicony do jednego typu – zniszczenia spowodowane wyczerpaniem nośności w strefie ściskanej i przerwaniem maty kompozytowej.

14

Investigations on mechanical properties and microtopography of electromagnetic self-piercing riveted joints with carbon fiber reinforced plastics/aluminum alloy 5052

Liang Jusong, Jiang Hao, Zhang Jinsheng, Wu Xianhe, Zhang Xu, Li Guangyao, Cui Junjia

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 1

240--250

EN

In this paper, the mechanical properties of electromagnetic self-piercing riveted (E-SPR) joints with carbon fiber reinforced plastics (CFRP)/aluminum alloy (Al) 5052 were comprehensively investigated. Microtopography observations, hardness measurements and tensile-shear strength tests were performed by comparing with regular pressure self-piercing riveted (P-SPR) joints. Results showed that the undercut value of E-SPR joints was higher than that of P-SPR joints. The hardness values on rivet legs of E-SPR joints were larger and almost no difference on rivet heads between the E-SPR and P-SPR. In addition, it was found that mechanical properties of E-SPR joints were higher than that of P-SPR joints. The shear fracture appearance indicated that E-SPR joints with higher undercut were more difficult to rupture in the bottom of Al sheet.

15

Advances in carbon fiber reinforced polyamide-based composite materials

Kausar A.

Advances in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, nr 4(62)

67--82

EN

Carbon fiber has been used to reinforce both aliphatic and aromatic polyamides. Aliphatic polyamide is known as nylon and aromatic polyamide is often referred to as aramid. Among aliphatic polyamides, polyamide 6, polyamide 6,6, polyamide 11, polyamide 12, and polyamide 1010 have been used as matrices for carbon fiber. Factors affecting the properties of polyamide/carbon fiber composites are: fiber amount, fiber length, fiber orientation, matrix viscosity, matrix-fiber interactions, matrix-fiber adhesion, and conditions encountered during manufacturing processes. This article presents a state-of-the-art review on polyamide/carbon fiber composites. Polyamide/carbon fiber composites are lightweight and exhibit high strength, modulus, fatigue resistance, wear resistance, corrosion resistance, gear, electrical conductivity, thermal conductivity, chemical inertness, and thermal stability. Incorporation of oxidized or modified carbon fiber and nanoparticle modified carbon fiber into polyamide matrices have been found to further enhance their physical properties. Applications of polyamide/carbon fiber composites in aerospace, automobile, construction, and other industries have been stated in this review. To fully exploit potential of polyamide/carbon fiber composites, concentrated future attempts are needed in this field.

16

Reinforcement of epoxy resin/carbon fiber composites by carboxylated carbon nanotubes: a dynamic mechanical study

Nazarpour-Fard H., Rad-Moghadam K., Shirini F., Beheshty M. H., Asghari G. H.

Polimery

|

2018

|

T. 63, nr 4

254--263

EN

The composites of epoxy resins reinforced with unidirectional carbon fibers were prepared via hot pressing of carbon fiber prepregs. Multiwall carbon nanotubes (MWCNT) derivatives [parent CNTs, low carboxylated CNTs (LCCNTs) and higher carboxylated CNTs (HCCNTs)] were incorporated into the epoxy resin/carbon fiber (E/C) composite. Interestingly, remarkable modifications as consequences of homogeneous dispersion of CNTs in E/C matrix and prevention of void formation within the composite wereachieved by using carboxylated CNTs. The dynamic mechanical analysis (DMA) showe dimproved glass transition temperature (Tg) and storage modulus of the resulting E/C/HCCNT composite. The master curves of storage modulus were constructed for the samples using the Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) and Williams-Landel-Ferry (WLF) equations as well as the time-temperature superposition principle (TTS). The apparent activation energies of molecular rearrangements were calculated at different temperatures based on the numerical derivatives and WLF equations. The experimental results indicate that COOH content of CNTs can have a remarkable effect on the ultimate properties and performance of the E/C/CNTs nanocomposites. Based on possessing light weight and good modulus (of 31 GPa and 20.6 GPa at -90 °C and 80 °C, respectively), E/C/HCCNT can be consideredas an interesting composite for structural applications by polymer engineers.

PL

Kompozyty żywicy epoksydowej wzmocnione jednokierunkowo włóknami węglowymi otrzymywano metodą prasowania na gorąco prepregów. Do kompozytów epoksydowo-węglowych (E/C) dodawano wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT) oraz ich karboksylowane pochodne, z małą (LCCNT) lub dużą (HCCNT) zawartością grup karboksylowych. Wprowadzenie do osnowy E/C jednorodnej dyspersji nanorurek węglowych (CNT), z uniknięciem tworzenia się pustych przestrzeni umożliwiło znaczną modyfikację właściwości kompozytów. Dynamiczna analiza mechaniczna DMA wykazała zwiększenie wartości temperatury zeszklenia (Tg) oraz modułu zachowawczego kompozytu E/C/HCCNT. Na podstawie równania Vogela-Fulchera-Tammanna (VFT) i Williamsa-Landela-Ferry’ego (WLF) oraz zasady superpozycji temperaturowo-czasowej (TTS) wyznaczono krzywe wiodące modułu zachowawczego. Pozorne energie aktywacji przekształceń molekularnych obliczono dla różnych wartości temperatury z zastosowaniem pochodnych numerycznych i równań WLF. Wyniki badań wskazują, że zawartość grup COOH w nanorurkach węglowych może mieć istotny wpływ na właściwości użytkowe nanokompozytów E/C/CNT. Ze względu na niewielką masę i duże wartości modułu sprężystości (odpowiednio 31 GPa i 20,6 GPa w temp. -90 °C i 80 °C) wytworzone kompozyty mogą być interesującym materiałem do zastosowań konstrukcyjnych.

17

Investigation of the Electromagnetic Shielding Effectiveness of Needle Punched Nonwoven Fabrics Produced from Stainless Steel and Carbon Fibres

Ozen M. S., Usta I., Yuksek M., Sancak E., Soin N.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2018

|

Nr 1 (127)

94--100

EN

The electromagnetic shielding effectiveness (EMSE) of needle punched, nonwoven fabrics produced using staple stainless steel and carbon fibres was investigated. Utilising carding and large scale industrial type needle punching machines, webs of staple stainless steel and carbon fibres were produced, which were subsequently bonded on the needle punching machine at approximately 132 punches/cm2 and 13.5 mm needle penetration depth. The effect of varying the carbon fibre content was studied by varying the blend ratio of stainless steel and carbon fibres between 5-20%. EMSE measurements of as-produced needle punched nonwoven fabrics were carried out using the coaxial transmission line method (ASTM D4935-10) in the frequency range of 15-3000 MHz. Within the range, the EMSE values were enhanced from 22.3 dB (95/5, stainless steel/carbon) to 44.7 dB (80/20, stainless steel/carbon), which was attributed to the enhanced conductivity of the fabrics. In fact, the surface resistivity of the samples decreased from 5.80E + 3 Ω to 2.43E + 2 Ω, enhanced for 95:5 and 80:20 stainless steel/carbon blends.

PL

Zbadano efektywność ekranowania elektromagnetycznego (EMSE) igłowanych włóknin wykonanych z wykorzystaniem stali nierdzewnej i włókien węglowych. Wytworzono włókniny ze stali nierdzewnej i włókien węglowych, które spajano na maszynie do igłowania przy około 132 uderzeniach / cm2 i głębokości penetracji 13,5 mm. Zbadano wpływ zmiany zawartości włókien węglowych poprzez zmianę stosunku mieszanki stali nierdzewnej i włókien węglowych w zakresie 5-20%. Pomiary EMSE wytwarzanych w ten sposób igłowanych włóknin wykonano metodą współosiowej linii transmisyjnej (ASTM D4935-10) w zakresie częstotliwości 15-3000 MHz. Stwierdzono, że wartości EMSE zostały zwiększone z 22,3 dB (95/5, stal nierdzewna / węgiel) do 44,7 dB (80/20, stal nierdzewna / węgiel), co zostało przypisane zwiększonej przewodności wyrobów.

18

Właściwości zapraw cementowych z dodatkiem nanokrzemionki i włókien węglowych

Cui X., Zhou D., Wang Y., Han B.

Cement Wapno Beton

|

2018

|

R. 21/83, nr 4

317--332

PL

Do zapraw cementowych dodawano nanokrzemionkę [NS] i włókna węglowe [WW] o różnej długości, oddzielnie i razem, badając ich wpływ na właściwości mechaniczne i przewodność zapraw cementowych. Przeprowadzone doświadczenia wykazały, że dodatek WW o długości 3 mm daje większą wytrzymałość od dodatku WW o długości 6 mm. Dodatek NS zwiększa wytrzymałość zapraw, jak można tego było oczekiwać. Równoczesny dodatek NS i WW zapewnia wyższą wytrzymałość niż ich oddzielny dodatek. Przypuszczalnie jest to wpływ bardziej równomiernego rozproszenia obu domieszek w zaprawie. Oporność elektryczna zapraw maleje z rosnącym dodatkiem WW i jest większa w przypadku włókien o długości 3 mm. NS nie ma na tę właściwość wpływu.

EN

Nano-silica [NS] and carbon fibers [CF] of different lengths were added separately and together to the cement mortars and their influence on mechanical and electrical properties were examined. The experimental results have shown that addition of 3 mm CF gives higher strength of cement mortars than 6 mm CF. NS addition is assuring higher strength, as should be expected. The simultaneous addition of CF and NS causes higher increase of strength than separate addition of these admixtures. Probably it is the influence of more uniformly dispersion of both CF and NS in cement paste. The electrical resistivity of cement mortars decrease with increasing CF content and is higher with 3 mm CF w than with 6 mm CF addition. NS has no influence on the electrical resistivity.

19

Influence of Carbon Fibers Addition on Selected Properties of Microwave-Cured Moulding Sand Bonded with BioCo2 Binder

Grabowska B., Kaczmarska K., Cukrowicz S., Drożyński D., Żymankowska-Kumon S., Bobrowski A., Gawluk B.

Archives of Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 18, iss. 3

152--160

EN

It was found that the addition of carbon fibers (CFs) does not affect the crosslinking process in the microwave radiation (800 W, 2.45 GHz) of the BioCo2 binder, which is a water solution of poly(acrylic acid) and dextrin (PAA/D). It has influence on BioCo2 thermal properties. The CFs addition improves the thermostability of a binder and leads to the reduction of gas products quantity generated in the temperature range of 300-1100°C (TG-DTG, Py-GC/MS). Moreover, it causes the emission of harmful decomposition products such as benzene, toluene, xylene and styrene to be registered in a higher temperatures (above 700°C). BioCo2 binder without CFs addition is characterized by the emission of these substances in the lower temperature range. This indicates the positive effect of carbon fibers presence on the amount of released harmful products. The selected technological tests (permeability, friability, bending strength, tensile strength) have shown that the moulding sand with the 0.3 parts by weight carbon fibers addition displays the worst properties. The addition of 0.1 parts by weight of CFs is sufficient to obtain a beneficial effect on the analyzed moulding sands properties. The reduction of harmful substances at the higher temperatures can also be observed.

20

Production of Carbon Fibre Bulked Yarns by the Airflow Dispersion Method

Zhao X., Liu Y., Liu G.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2017

|

Nr 6 (126)

34--40

EN

Using carbon fibre tows as raw materials, carbon fibre bulk yarns were producedby the airflow dispersion method for the first time. The breaking strength, strength irregularity, yarn irregularity and hairiness index of the carbon fibre bulk yarn were used as evaluation indices, and preparation technology for carbon fibre bulk yarn was optimized using the orthogonal experimental method. Subsequently the disordered structure of homemade carbon fibre bulk yarn, the ability to fix the resin, and the surface contact angle were investigated. Finally infrared spectral analysis of the carbon fibre bulk yarn was carried out. Results show that the best preparation technology for carbon fibre bulk yarn is as follows: nozzle air pressure 0.45 MPa, spinning speed 150 m/min, and nozzle diameter 2.2 mm. The degree of disorder of fibres of T700 carbon fibre bulk yarn fibre is 18.70%~25.60%; as the degree of disorder of carbon fibre bulk yarn increases, the ability to fix the resin is enhanced. The process of carbon fibre tows producing bulk yarns is a physical one.

PL

W pracy wytworzono przędze puszyste z włókien węglowych metodą dyspersji przepływu powietrza, następnie zbadano ich wytrzymałość na rozerwanie, nierównomierność oraz włochatość. Przeprowadzono także spektralną analizę wiązki włókien węglowych w podczerwieni. Na podstawie otrzymanych wyników określono optymalne parametry wytwarzania przędz puszystych z włókien węglowych, tj.: ciśnienie powietrza w dyszy 0,45 MPa, prędkość wirowania 150 m/min i średnica dyszy 2,2 mm. Stopień nieuporządkowania włókien węglowych T700 wynosi 18,70 ~ 25,60%. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem stopnia nieuporządkowania zwiększa się zdolność wiązania żywicy.