Modelling, simulation and validation of bending test of box segment formed as two composite shells glued together

• Autorzy: Klasztorny M. , Nycz D. , Cedrowski M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie, symulacja i walidacja próby zginania segmentu skrzynkowego w formie dwóch powłok kompozytowych sklejonych ze sobą

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present experimental and numerical research is focused on a box composite beam, so-called a validation segment, consisting of two vinylester/glass shells glued together. The top shell has a hat cross-section, whereas the bottom one is flat. The shells are glued together at two horizontal contact strips. The validation segment reflects the central part of the cross- and longitudinal-section of a box composite superstructure of a footbridge designed by the authors. The dimensions of the cross-section and the number of fabric layers in the validation segment are decreased twice in comparison with the footbridge superstructure. Moreover, the composite beam was rotated by 180° in relation to the footbridge. The validation segment is 2.35 m long, and the cross-section overall dimensions are 0.60 m × 0.26 m (width×height). The laminate components, glue and manufacturing technology of the validation segment are the same as for the composite footbridge. The study develops a methodology for numerical modelling and simulation by the Finite Element Method of box composite girders formed as two composite shells glued together. The methodology is developed in reference to the validation segment which is subjected to the 3-point bending test with shear. Experimental validation of the modelling and simulation was carried out for the basic case of new laminates at 20°C. FE computer code MSC.Marc 2010 was used for the numerical modelling and simulation.

PL

Przedmiotem badań eksperymentalnych i numerycznych jest belka kompozytowa o przekroju skrzynkowym, zwana segmentem walidacyjnym, składająca się z dwóch sklejonych ze sobą powłok kompozytowych winyloestrowo-szklanych. Powłoka górna ma przekrój kapeluszowy, a powłoka dolna jest płaska. Powłoki są sklejone ze sobą na dwóch poziomych pasach kontaktu. Segment walidacyjny odwzorowuje środkową część przekroju poprzecznego i podłużnego konstrukcji nośnej kompozytowej skrzynkowej kładki dla pieszych zaprojektowanej przez autorów. Wymiary przekroju poprzecznego oraz liczba warstw tkanin w laminatach segmentu walidacyjnego są dwukrotnie mniejsze w porównaniu z konstrukcją nośną kładki. Ponadto, segment belkowy obrócono o 180° w porównaniu z kładką. Długość segmentu wynosi 2,35 m, a wymiary gabarytowe przekroju poprzecznego są równe 0,60 m × 0,26 m (szerokość × wysokość). Komponenty laminatów, klej oraz technologia wytwarzania segmentu walidacyjnego są takie same jak w przypadku kładki kompozytowej. Opracowano metodykę modelowania numerycznego i symulacji z wykorzystaniem metody elementów skończonych belek kompozytowych w formie dwóch sklejonych ze sobą powłok kompozytowych. Metodyka została opracowana w odniesieniu do segmentu walidacyjnego poddanego trójpunktowemu zginaniu ze ścinaniem. Walidację eksperymentalną modelowania i symulacji przeprowadzono w podstawowym przypadku laminatów nowych w temperaturze 20°C. Do numerycznego modelowania i symulacji zastosowano kod elementów skończonych MSC.Marc 2010.

Słowa kluczowe

EN

thin-walled box beam; GFRP laminate; glue layer; three-point bending test; modelling and simulation; experimental validation

PL

belka skrzynkowa cienkościenna; laminat GFRP; warstwa kleju; próba trójpunktowego zginania; modelowanie i symulacja; walidacja eksperymentalna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 2
• Strony: 88--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klasztorny M.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics & Applied Computer Science, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

autor

Nycz D.

• DES ART Co. Ltd., Headquarters - Gdynia, Branch Office - Sanok, ul. Lipinskiego 113, 38-500 Sanok, Poland

autor

Cedrowski M.

• B.Sc. student, Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Klasztorny M., Chroscielewski J., Szurgott P., Romanowski R., Design and numerical testing of 5-box GFRP shell footbridge, 5th Int. Conf. on Footbridges: Past, Present & Future, London, England, 16-18 July 2014, CD Proceed., Paper #1094, 1-8.
• [2] Jones R.M., Mechanics of composite materials, Taylor & Francis, London 1999.
• [3] Tsai S.W., Composites design, 4th Edn., Think Composites, Dayton 1987.
• [4] MSC.Marc r1, Vol. A, Theory and User Information, MSC.Software Co., Santa Ana, CA, USA, 2008.
• [5] Klasztorny M., Bondyra A., Szurgott P., Nycz D., Numerical modelling of GFRP laminates with MSC.Marc system and experimental validation, Computational Material Science 2012, 64, 151-156.
• [6] Nycz D., Bondyra A., Klasztorny M., Gotowicki P., Numerical modelling and simulation of the composite segment bending test and experimental validation, Composites Theory and Practice 2012, 2(12) 126-131.