Stress distribution investigation at the tapered sandwich endings

• Autorzy: Löffelmann F.

Warianty tytułu

PL

Badanie rozkładu naprężeń w ukosowanych zakończeniach struktury przekładkowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the typical sandwich ending is tapered transition to a solid laminate, which causes significant stress distribution changes. The reviewed articles show that tapered area causes increase in the shear stress in the core, increase of the axial forces in the facesheets and local bending at the fork point, at points of the tapering angle change, and at ply drop positions. Most of the studies gave attention to the endings without reinforcing. During Erasmus+ internship at KTH 2D model of the tapered ending with reinforcing plies, various geometry and resin filler in the core tip was investigated to see the influence on the stress distribution. It was found that tension load case is not as critical as bending load case. Increasing of the solid laminate thickness, adding plies and inserting a short resin or adhesive filler into the core tip area lead to significant stress reduction, whereas in the transition point, from tapering to constant thickness sandwich, increasing radius is more efficient than reinforcing plies in regard to reduce stress concentration.

PL

Jednym z typowych rodzajów zakończeń struktury przekładkowej jest stożkowe (klinowe) przejście do laminatu, które w istotny sposób wpływa na zmianę rozkładu naprężeń. Na podstawie literatury stwierdzono, że powierzchnia klinowa powoduje: wzrost naprężeń ścinających w rdzeniu, sił osiowych w pokryciach, lokalne zginanie w obszarze zamknięcia laminatu, w miejscach zmiany kąta klina oraz w obszarach wygubiania warstw. Największą uwagę poświęcono zakończeniom bez dodatkowych wzmocnień. Podczas projektu realizowanego w ramach programu ERASMUS+, dotyczącego modelu dwuwymiarowego uwzględniającego zakończenie klinowe przeanalizowano wpływ kształtu struktury oraz rodzaju zastosowanego wypełniacza na rozkład naprężeń. Wykazano, że w przypadku obciążenia rozciągającego nie jest ono tak krytyczne jak obciążenie zginające. Zwiększając grubość laminatu, dodając warstwy oraz wprowadzając wypełniacz żywiczy lub klejowy w obszarze szczytu rdzenia prowadzi do redukcji naprężeń, natomiast w punkcie przejścia z powierzchni klinowej do stałej grubości rdzenia wzrost promienia jest bardziej efektywny aniżeli wzmocnienie dodatkowymi warstwami w odniesieniu do redukcji koncentracji naprężeń.

Słowa kluczowe

EN

sandwich endings; tapering; ramp; closeout; FEM; filler; ply drop

PL

zakończenia struktury przekładkowej; stożkowe przejście do laminatu; klinowe przejście do laminatu; zamknięcie; MES; wypełniacz; wygubianie warstw

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 4 (249)
• Strony: 64--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Löffelmann F.

• Institute of Aerospace Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology, Technická 2896/2, 616 69 Brno, Czech Republic

Bibliografia

• [1] Kuczma, S. K, Vizzini A. J., 1995, “Failure of Sandwich to Laminate Tapered composite Structures”, 36th Structures, Structural Dynamics and Materials Conference , AIAA – American Institute of Aeronautics and Astronautics, New Orleans LA, DOI: 10.2514/6.1995-1389
• [2] Paris, I. L., 2009, “Characterization of Composites Sandwich Ramp Failure under Tensile Loading”, 17th International Conference on Composite Material, Edinburgh
• [3] Kassapoglou, C., 1996, “Stress Determination and Core Failure Analysis in Sandwich Rampdown Structures under Bending Loads”, Key Engineering Materials, 120-121, pp 307-328, ISSN: 1662-9795, Doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.120-121.307
• [4] Vel, S. S, Caccese, V, Zhao, H., 2002, “Modeling and Analysis of Tapered Sandwich Beams”, Proceedings of the American Society of Composites , Seventeenth Technical Conference, Purdue University, West Lafayette, Indiana
• [5] Peled, D, Frostig, Y., 1994, “High‐Order Bending of Sandwich Beams with ransversely Flexible Core and Nonparallel Skins”, Journal of Engineering Mechanics, 120(6), ISSN (print): 0733-9399, ISSN (online): 1943-7889, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9399(1994)120:6(1255)
• [6] Frostig, Y, Peled, D, 1995, “High-order bending of piecewise uniform sandwich beams with a tapered transition zone and a transversely flexible core”, Composite Structures, 31(2), pp. 151–162, doi: 10.1016/0263-8223(95)00012-7
• [7] Thomsen, O. T, Vinson, J. R., 2002, “Modeling of Tapered Sandwich Panels Using a High-Order Sandwich Theory Formulation”, AIAA Journal, 40(9), ISSN: 0001-1452, eISSN: 1533-385X, DOI: 10.2514/2.1866
• [8] Yoshida, K, Hirose, Y, Mori, Y., 2011, “A Study on Design Procedure of Foam Core Sandwich Panel Joint Based on Fracture Mechanics”, 18th international conference on composite material ICCM 2011, Jeju, South Korea
• [9] Hirose, Y, Nishitani, M, Ochi, W, Fukumoto, K, Kawasaki T, Hojo M., 2006, „Proposal of suppression of delamination for the foam core sandwich panel joint with filler”, Adv. Composite Mater., 15(3), pp. 319–339, ISSN: 0924-3046 (Print) 1568-5519 (Online), DOI: 10.1163/156855106778392061
• [10] He, K, Hoa, S. V, Ganesan, R., 2000, “The study of tapered laminated composite structures: a review”, Composites Science and Technology, 60(14), pp. 2643–2657, ISSN 0266-3538, doi: 10.1016/S0266-3538(00)00138-X
• [11] Thomsen, O. T, Rits, W, Eaton, D. C. G, Brown S., 1996, “Ply drop-off effects in CFRP/honeycomb sandwich panels - theory”, Composites Science and Technology, 56, pp. 407-422, ISSN: 0266-3538, doi: 10.1016/0266-3538(95)00145-X
• [12] Thomsen, O. T, Rits, W, Eaton, D. C. G, Dupont, O, Queekers, P., 1996, “Ply drop-off effects in CFRP/honeycomb sandwich panels — experimental results”, Composites Science and Technology, 56, pp. 423–437, ISSN: 0266-3538, doi:10.1016/0266-3538(96)00007-3
• [13] Thomsen, O. T, Mortensen, F, Frostig, F., 2000, “Inteface failure at ply drops in CFRP/honeycomb sandwich panels”, Journal of Composite Materials, 34(2), pp. 135–157, ISSN: 00219983, eISSN: 1530793X, DOI: 10.1106/EM8V-D484-KYH4-81H9
• [14] Wagschal, K. R, Venkataraman, S., 2013, “Numerical Investigation of Tapered Sandwich Closeouts with Isotropic Functionally Graded Cores”, 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference , Boston, Massachusetts, DOI: 10.2514/6.2013-1545
• [15] Stromsoe, J, Venkataraman, S., 2012, “Functionally Grading Honeycomb Core Material by Inplane Crushing for Tapered Sandwich Closures”, 53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials onference , Honolulu, Hawaii, DOI: 10.2514/6.2012-1702
• [16] Christensen, A. L, Sens, B. T, James, S. P, Venkataraman, S., 2013, “Testing of Sandwich Composite Edge Closeouts with Functionally Graded Honeycomb Cores”, 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Boston, Massachusetts, DOI: 10.2514/6.2013-1549

Uwagi

EN

The research was made during an internship at KTH under polite supervision of prof. Malin Åkermo and in close cooperation with Saab through mentor prof. Tonny Nyman. The internship was supported by the Erasmus+ six month scholarship. Special thank is also to Mikael Petersson from Saab for practical introduction to sandwich manufacturing. Outputs were also supported by the project NETME Centre, regional R&D centre built with the financial support from the Operational Programme Research and Development for Innovations within the project NETME Centre (New Technologies for Mechanical Engineering), Reg. No. CZ.1.05/2.1.00/01.0002

PL

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