Analysis of the properties of orthotropic composites in terms of their use in airframe repairs

• Autorzy: Arkuszyńska Angelika , Godzimirski Jan , Rośkowicz Marek

Identyfikatory

DOI

10.7862/tiam.2023.3.1

Warianty tytułu

PL

Analiza właściwości kompozytów ortotropowych w aspekcie zastosowania w naprawach płatowców

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research was to determine the basic strength properties of orthotropic composites in terms of their use in the repair of aircraft airframes. The objects of the tests were three types of composites reinforced with carbon fibers: producedusing the wet method with a thickness of 2.5 mm, commercial with a thickness of 2 mm and commercial with a thickness of 7.3 mm. Specimens cut out from the first two types of materials were subjected to a static tensile test with a force applied in the direction of the fibers and at an angle of 45°, whichenabled the determination of tensile strength and modulus of elasticity. Specimens made of 7.3 mm thick composite were subjected to four-point bending and tensile tests to determine Young's modulus, compression and impact strength, also taking into account two directions of load application. The values of stresses and Young's modulus determined in this way indicate much lower strength and stiffness of orthotropic composites apart from the reinforcement fibers’ directions, which is the basis for replacing them with quasi-isotropic composites in repairs of aircraft airframes.

PL

Celem badań było wyznaczenie podstawowych właściwości wytrzymałościowych kompozytów ortotropowych w aspekcie wykorzystania ich w naprawach płatowców statków powietrznych. Obiektami badań były trzy rodzaje kompozytów zbrojonych włóknami węglowymi: wytworzony metodą na mokro o grubości 2,5 mm, komercyjny o grubości 2 mm oraz komercyjny o grubości 7,3 mm. Próbki wycięte z dwóch pierwszych rodzajów materiałów poddano statycznej próbie rozciągania siłą przyłożoną w kierunku ułożenia włókien oraz pod kątem 45°, co umożliwiło wyznaczenie wytrzymałości na rozciąganie oraz modułów sprężystości podłużnej. Próbki wykonane z kompozytu o grubości 7,3 mm poddano czteropunktowemu zginaniu oraz próbom rozciągania w celu określenia modułu Younga, ściskania oraz wytrzymałości udarnościowej także z uwzględnieniem dwóch kierunków przyłożenia obciążenia. Wyznaczone w ten sposób wartości naprężeń oraz modułów Younga wskazują na znacznie mniejszą wytrzymałość i sztywność kompozytów ortotropowych poza kierunkami ułożenia włókien zbrojenia, co stanowi podstawę do zastąpienia ich kompozytami quasi-izotropowymi w naprawach płatowców statków powietrznych.

Słowa kluczowe

EN

orthotropic composite; mechanical properties; impact strength

PL

kompozyt ortotropowy; właściwości mechaniczne; udarność

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 3
• Strony: 3--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fot. kolor., rys., wykr.

Twórcy

autor

Arkuszyńska Angelika

• Faculty of Mechatronics, Armaments and Aviation, Military University of Technology, 2 S. KaliskiegoStreet, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5370-6635

autor

Godzimirski Jan

• Faculty of Mechatronics, Armaments and Aviation, Military University of Technology, 2 S. KaliskiegoStreet, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1593-2057

autor

Rośkowicz Marek

• Faculty of Mechatronics, Armaments and Aviation, Military University of Technology, 2 S. KaliskiegoStreet, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0501-0622

Bibliografia

• 1. Bieniaś J. (2002). Struktura i właściwości materiałów kompozytowych. Lublin: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej.
• 2. Patel P. M., Patel H. N., Kotech S. D. (2013). “Properties of Carbon Fiber and its Applications”. International Journal of Engineering Research & Technology 2(11): 554-557.
• 3. Heslehurst R. B. (2014). Defects and damage in composite materials and structures. Boca Raton: CRC Press.
• 4. Pawlak A. M., Górny T., Dopierała Ł., Paczos P.. (2022). “The Use of CFRP for Structural Reinforcement – Literature Review”. Metals 12. 1470.
• 5. Carlsson L. A., Adams D. F., Pipes B. (2013). “Basic Experimental Characterization of Polymer Matrix Composite Materials”. Polymer Reviews 53(2): 277-302.
• 6. Królikowski W. (2017). Polimerowe kompozyty konstrukcyjne. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• 7. Oku T. (2003). “Carbon Alloys: Novel Concepts to Develop Carbon Science and Technology - Chapter 33”. Car bon/Carbon Composites and Their Properties. 523-544.
• 8. Komorek A., Przybyłek P. (2012). “Examination of the influence of cross-impact load on bend strength properties of composite materials used in aviation”. Maintenance and Reliability 14 (4): 265-269.
• 9. Sarasini F., Tirillo J., D'Altilia S., Valente T., Santulli C., Touchard F. (2016). “Damage tolerance of carbon/flax hybrid composites subjected to low velocity impact”. Composites Part B: Engineering 91: 144-153.
• 10. Halliwell S. (2021). Repair of Fibre Reinforced Polymer (FRP) Structures. National Composites Network.
• 11. Alberdi A., Suárez A., Artaza T., Escobar-Palafox G. A., Ridgway K. (2013). “Composite Cutting with Abrasive Water Jet”. Procedia Engineering 63: 421-429.
• 12. Pasiecznik W.A., Stepanienko S.A. (2017). “Quality assurance of drilling in CFRP by combined drills”. Technologia i Automatyzacja Montażu 97 (3): 38-41.
• 13. Romoli L., Lutey A. H. A. (2019). “Quality monitoring and control for drilling of CFRP laminates”. Journal Manufacturing Processes 40: 16-26.
• 14. Galińska A. (2020). “Mechanical Joining of Fiber Reinforced Polymer Composites to Metals - A Review. Part I: Bolted Joining”. Polymers 12(10): 1-48.
• 15. Shishesaz M., Hosseini M. (2018). “A review on stress distribution, strength and failure of bolted composite joints”. Journal of Computational Applied Mechanics 49(2): 415-429.
• 16. German J. (1996). Podstawy mechaniki kompozytów włóknistych. Kraków: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej.
• 17. Gay D. (2014). Composite materials: Design and applications, Third Edition. Boca Raton: CRC Press/ Taylor & Francis Group.
• 18. Ochelski S., Gotowicki P., Bogusz P. (2008). „Experimental support for numerical simulations of energy absorbing structures”. Journal of KONES 15(1): 183-217.
• 19. Duernberger E., MacLeod Ch., Lines D. (2023). “Fibre volume fraction screening of pultruded carbon fibre reinforced polymer panels based on analysis of anisotropic ultrasonic sound velocity”. Composites Part B: Engineering 254. 110577.
• 20. Boyao W., Bin H., Zhanwen W., Shengli Q., Daijun Z., Guofeng T., Dezhen W. (2021). “Enhanced Impact Properties of Hybrid Composites Reinforced by Carbon Fiber and Polyimide Fiber”. Polymers 13 (16). 2599.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).