Issues related to determinning effective ultimate strength, making provision for undetectable damage

• Autorzy: Czarnocki P. , Dobrzański P.

Warianty tytułu

PL

Zagadnienia związane z wyznaczeniem zastępczej wytrzymałości doraźnej laminatu, uwzględniającej obecność niewykrywalnego uszkodzenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A simplified procedure for determining effective ultimate stress that could account for the adverse effects of undetected damage done to laminates was described. The procedure was based on the assumptions that an equivalent open hole (EOH) existed that could appropriately represent the extent of damage for the purpose of calculating strength and that the laminate under consideration was notch sensitive. Particular emphasis was placed on the assessment of BVID extent, which was crucial to define the EOH dimensions. The results of different inspection methods concerning the damage extent were presented and compared with each other. Moreover, it was experimentally shown that for a typical inspection condition the detectability threshold of BVID expressed in terms of indentation depth, δ, and was 262 µm. It was found that the extent of damage defined based on visual inspection was significantly different from that defined based on C-scans and fractographic inspections. It was concluded that to determine the EOH dimensions, the damage measurements were not sufficient while definition of the EOH dimensions could be based on the equal values of the stress concentration factor caused by the damage of a given extent and EOH.

PL

Jedną z istotnych danych materiałowych koniecznych do przeprowadzenia obliczeń wytrzymałościowych jest wytrzymałość doraźna. W praktyce badany materiał zawsze zawiera wady lub uszkodzenia i tylko sprawą doskonałości metod inspekcji jest to, czy zostaną wykryte czy nie. Zagadnienie to jest istotne w odniesieniu do kompozytowych struktur lotniczych podlegających, między innymi, uderzeniom niskoenergetycznym. W ich wyniku pojawiają się prawie niedostrzegalne uszkodzenia, trudno wykrywalne na drodze inspekcji wizualnej stanowiącej typową metodę postępowania w trakcie przeglądów bieżących. Jak wykazały laboratoryjne metody inspekcji, uszkodzenia takie mimo niewykrywalności metodami wizualnymi powodują znaczące uszkodzenia wewnętrzne struktury. W artykule zaproponowano wprowadzenie pojęcia efektywnej wytrzymałości doraźnej oraz procedurę jej wyznaczania. Wartość efektywnej wytrzymałości doraźnej uwzględniałaby deprecjonujące oddziaływanie takich, wykrywalnych z małą dozą prawdopodobieństwa uszkodzeń. Istotnym elementem zaproponowanej procedury jest wyznaczenie granicy wykrywalności uszkodzenia oraz sposobu ustalenia rozmiarów otworu ekwiwalentnego, kołowego lub eliptycznego, co ułatwiałoby analizy wytrzymałościowe. W artykule przedstawiono sposób określania rozmiarów uszkodzenia o granicznej wykrywalności, tj. wykrywalnych nie mniej niż w 90% przypadków. Stwierdzono, iż w wyniku rutynowej inspekcji okresowej płatowca, dokonywanej w typowych warunkach, jedynie przy pomocy nieuzbrojonego oka, rozmiarem granicznym trudno dostrzegalnych uszkodzeń udarowych jest wgniecenie o głębokości nie mniejszej niż 262 µm. Przyjęto, iż otwór ekwiwalentny będzie otworem, którego obrys zewnętrzny należy opisać na odnośnym uszkodzeniu, jednakże jak wykazały dokładniejsze metody inspekcji, rozmiar uszkodzenia może być różnie definiowany, zależnie od czułości metody inspekcji. Porównanie rozmiarów konturu wgniecenia widocznego na powierzchni z rozmiarami wewnętrznego uszkodzenia zdefiniowanego na podstawie C-skanów lub zgładów wykazało, iż rozmiary odcisków są, w przybliżeniu, o rząd mniejsze od rozmiarów uszkodzeń wewnętrznych. Jednakże, uszkodzenia wewnętrzne w przeważającej mierze to delaminacje i pęknięcia wewnątrzwarstwowe spoiwa i nie skutkują całkowitą redukcją sztywności materiału. Stąd można wnioskować, iż zdefiniowanie rozmiarów otworu ekwiwalentnego wymaga bardziej precyzyjnego kryterium, np. kryterium jednakowego współczynnika koncentracji naprężeń. Zaproponowano, iż otworem ekwiwalentnym może być np. otwór o rozmiarze r, który powoduje spadek nośności elementu próbnego o zadanym stosunku r/w taki, jaki spowoduje rozpatrywane uszkodzenie o rozmiarze a, zaistniałe w elemencie próbnym o takiej samej szerokości (przy czym uprzednio należy uściślić definicje rozmiaru a uszkodzenia). Testy powinny obejmować elementy próbne o różnej wartości r/w i a/w, by sprawdzić, czy oczekiwana zależność obowiązuje w wymaganym zakresie ich wartości.

Słowa kluczowe

EN

BVID; equivalent hole; detectability

PL

BVID; ekwiwalentny otwór; wykrywalność

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 4
• Strony: 238--243
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czarnocki P.

• Warsaw University of Technology, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Dobrzański P.

• Institute of Aviation, al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Advisory Circular AC20-107B: Composite Aircraft Structure, U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, 9.08.2009.
• [2] Puhul Ch., Zhen S., JunYang W., A new method for compression after impact strength prediction of composite laminates, Journal of Composite Materials 2002, 36, 589-609.
• [3] Kassapoglou Ch., Modeling the Effect of Damage in Composite Structures, Simplified Approaches, John Wiley & Son Ltd, 2015.
• [4] Timoszenko S.P., Goodier J.N., Teoria sprężystości, Arkady, 1962.
• [5] Yathisha N., Suresha S., Srinivasa K., Nadeem M., Tejendra P., A study on stress concentration factor in woven\E-glass/epoxy composite having an elliptical cut ouy, International Research Journal of Engineering and Technology 2015, 2, 1539-1543.
• [6] Yasar Kaltakci M., Arslan H.M., Stress concentrations of symmetrically laminated composite plates containing circular holes, Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B, Engineering 2006, 30, 447-460.
• [7] Inglis E.V., Stress in a plate due to the presence of cracks and sharp corners, Transactions of the Institute of Naval Architects 1913, 55, 219-241.
• [8] ASTM E2533-09 Standard Guide for Nondestructive Testing of Polymer Matrix Composites Used in Aerospace Applications.
• [9] Heida J.H., Platenkamp D.J., In-service Inspection Guidelines for Composite Aerospace Structures, 18th World Conference on Nondestructive Testing, 16-20 April 2012, Durban, South Africa.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.