Enhanced modelling and numerical testing of GFRP composite box beam with adhesive joints

• Autorzy: Klasztorny M. , Nycz D. B. , Zając K. P.

Warianty tytułu

PL

Ulepszone modelowanie i badania numeryczne belki skrzynkowej z kompozytu GFRP ze spoinami klejowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject of the experiment and numerical research is a simply-supported thin-walled box beam with a span of 2.00 m, created by gluing two composite GFRP shells. The beam was subjected to a three-point bending test controlled by displacement in the range from 0 to 300 mm. An experimental bending test, numerical modelling and simulations of this test as well as validation of the modelling and simulation were carried out. In comparison with the authors’ previous publication, adjustments and enhancements include: correction of the GFRP material constants and friction coefficients; testing the key numerical parameters of the geometrically and physically non-linear task, i.e. an iteration step in the implicit algorithm, a convergence tolerance coefficient, FE mesh density; testing the use of the Glue contact option in the MSC.Marc FE code for modelling adhesive joints; quasi-optimization of the ply sequence with the maximum load bearing capacity as the objective function. The parameters and options of numerical modelling and simulation of glued composite shells in the MSC.Marc system were determined, useful for detailed design calculations of composite FRP structures.

PL

Przedmiotem badań numerycznych jest cienkościenna belka skrzynkowa swobodnie podparta, o rozpiętości 2.00 m, utworzona przez sklejenie dwóch powłok kompozytowych GFRP ze sobą na całej długości belki. Belkę poddano próbie trójpunktowego zginania sterowanego przemieszczeniem w zakresie od 0 do 300 mm. Przeprowadzono eksperymentalną próbę zginania, modelowanie numeryczne i symulacje tej próby oraz walidację modelowania i symulacji. W porównaniu z poprzednią pracą autorów (Composites Theory and Practice, 2015) korekty i ulepszenia obejmują: korektę stałych materiałowych kompozytu GFRP i współczynników tarcia, testowanie parametrów numerycznych zadania nieliniowego geometrycznie i fizycznie, tj. krok iteracyjny w algorytmie implicite, współczynnik tolerancji zbieżności, gęstość siatki elementów skończonych, testowanie opcji Glue contact w systemie MSC.Marc do modelowania spoin klejowych, quasi-optymalizacja sekwencji warstw z funkcją celu w postaci maksimum nośności belki przy zginaniu. Wyznaczono parametry i opcje modelowania numerycznego i symulacji kompozytowych powłok sklejanych z użyciem systemu MSC.Marc, przydatne do szczegółowych obliczeń projektowych konstrukcji z kompozytów FRP.

Słowa kluczowe

EN

GFRP composite shells; adhesive joints; three-point bending test; numerical modelling; simulation; experimental validation; numerical testing

PL

powłoki kompozytowe GFRP; spoiny klejowe; test trójpunktowego zginania; modelowanie numeryczne; symulacja; walidacja eksperymentalna; badania numeryczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 4
• Strony: 217--226
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klasztorny M.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics and Applied Computer Science, ul. gen. W. Urbanowicza 2, 00-908 Warsaw, Poland

autor

Nycz D. B.

• Jan Grodek State Vocational Academy, Institute of Technology, ul. S. Reymonta 6, 38-500 Sanok, Poland

autor

Zając K. P.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics and Applied Computer Science, ul. gen. W. Urbanowicza 2, 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] MSC.Marc 2010, Vol. A: Theory and User Information, Vol. B: Element Library, MSC.Software Co., Santa Ana, CA, USA, 2010.
• [2] Kubiak T., Kaczmarek L., Estimation of load-carrying capacity for thin-walled composite beams, Composite Structures 2015, 119, 749-756.
• [3] Kubiak T., Samborski S., Teter A., Experimental investigation of failure process in compressed channel-section GFRP laminate columns assisted with the acoustic emission method, Composite Structures 2015, 133, 921-929.
• [4] Gliszczyński A., Kubiak T., Progressive failure analysis of thin-walled composite columns subjected to uniaxial compression, Composite Structures 2017, 169, 52-61.
• [5] Klasztorny M., Bondyra A., Szurgott P., Nycz D., Numerical modelling of GFRP laminates with MSC.Marc system and experimental validation, Computational Materials Science 2012, 64, 151-156.
• [6] Klasztorny M., Nycz D., Labuda R., Modelling, simulation and experimental validation of bend tests on GFRP laminate beam and plate specimens, Composite Structures 2018, 184, 604-612.
• [7] Chroscielewski J., Klasztorny M., Miskiewicz M., Romanowski R., Wilde K., Innovative design of GFRP sandwich footbridge. In: Footbridge 2014, 5th International Conference on Footbridges: Past, Present & Future, London, England, 16-18 July 2014, Ed. L. Debell, H. Russel, USB Proceed., Paper #1250, 1-8.
• [8] Klasztorny M., Chróścielewski J., Szurgott P., Romanowski R., Design and numerical testing of 5-box GFRP shell footbridge. In: Footbridge 2014, 5th International Conference on Footbridges: Past, Present & Future, London, England, 16-18 July 2014, Ed.: L. Debell, H. Russel, USB Proceed., Paper #1094, 1-8.
• [9] Klasztorny M., Nycz D., Cedrowski M., Modelling, simulation and validation of bending test of box segment formed as two composite shells glued together, Composites Theory and Practice 2015, 15(2), 88-94.
• [10] Banea M.D., da Silva L.F.M., Adhesively bonded joints in composite materials: an overview, Proc. IMechE Vol. 223, Part L: J. Materials: Design and Applications, JMDA219 © IMechE 2009, 1-18, DOI: 10.1243/14644207JMDA219.
• [11] Vallée T., Tannert T., Meena R., Hehl S., Dimensioning method for bolted, adhesively bonded, and hybrid joints involving fibre-reinforced-polymers, Composites Part B: Engineering 2013, 46, 179-187.
• [12] Klasztorny M., Nycz D.B., Romanowski R.K., Gotowicki P., Kiczko A., Rudnik D., Effects of operating temperature and accelerated environmental ageing on glass-vinylester composite mechanical properties, Mechanics of Composite Materials 2017, 53(3), 335-350.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).