Modeling of delamination influence on mechanical characteristics composite cantilever beam

• Autorzy: Samborski S.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wpływu delaminacji na charakterystyki mechaniczne kompozytowej belki wspornikowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with the influence of delamination on mechanical characteristics of a composite cantilever beam. The main goal of the performed Finite Element Analysis (FEA) was to recognize the general nature of damage influence on the composite structure’ properties by extraction of eigenfrequencies and eigenmodes. The two main geometrical parameters, i.e. the size and location of a delaminated zone were taken into account. In addition, a simple analysis of the friction coefficient on the beam dynamics was performed. The numerical simulations were done in the ABAQUS/CAE commercial software environment. The models contained a single local delamination with appropriate contact definition. The defect length changed from 10 to 100% of the overall beam length. The results obtained for two different sequences of plies show the significant effect of delamination on the composite structure mechanical properties. In particular, the location of the delaminated zone had a non-uniform influence on the decrease in subsequent eigenfrequencies, which in some cases could help to avoid resonance. In the paper, analysis of the numerical results concentrated on the first five eigenmodes and on small and moderate-sized defects. The importance of other factors, e.g. friction coefficient or boundary conditions, as well as prospective experimental verification of the numerical results were also considered. In the performed analyses, glass-epoxy material data were used.

PL

W pracy omówiono wpływ delaminacji na charakterystyki mechaniczne kompozytowej belki wspornikowej. Głównym celem analizy przeprowadzonej metodą elementów skończonych (MES) było rozpoznanie ogólnej natury wpływu uszkodzenia na właściwości ustroju kompozytowego poprzez wyznaczenie częstości i postaci drgań własnych. Pod uwagę wzięto dwa główne parametry geometryczne, tzn. rozmiar i położenie rozwarstwionego obszaru. Ponadto przeprowadzono uproszczoną analizę wpływu współczynnika tarcia na dynamikę belki kompozytowej. Symulacje wykonano w komercyjnym środowisku obliczeniowym ABAQUS/CAE. Modele zawierały pojedynczą lokalną delaminację ze zdefiniowanymi warunkami kontaktu. Długość defektu zmieniano w zakresie od 10 do 100% całkowitej długości belki. Wyniki otrzymane dla dwu różnych układów warstw wykazały znaczący wpływ delaminacji na właściwości mechaniczne badanego ustroju kompozytowego. W szczególności położenie zdelaminowanego obszaru miało niejednostajny wpływ na zmniejszenie kolejnych częstości drgań własnych, co w niektórych przypadkach może być pomocne w uniknięciu rezonansu. W artykule analiza wyników numerycznych została ograniczona do pierwszych pięciu postaci własnych, przy małych i średnich rozmiarach defektu. Rozważono znaczenie innych parametrów, takich jak wartość współczynnika tarcia, lub wpływ warunków brzegowych, jak również przewidziano weryfikację doświadczalną otrzymanych wyników. W przeprowadzonych analizach używano danych materiałowych dla kompozytu szklano-epoksydowego.

Słowa kluczowe

EN

damage; delamination; beam dynamics; composite; finite element analysis; ABAQUS

PL

uszkodzenie; delaminacja; dynamika belki; kompozyt; metoda elementów skończonych; Abaqus

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 4
• Strony: 177--182
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Samborski S.

• Lublin University of Technology, Department of Applied Mechanics, ul. Nadbystrzycka 36, Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Shu D., Della C.N., Free vibration analysis of composite beams with two non-overlaping delaminations, Int. J. Mech. Sci. 2004, 46, 509-526.
• [2] Manoach E. et al., Dynamics of a laminated composite beam with delamination and inclusions, Eur. Phys. J. Special Topics 2013, 222 1649-1664.
• [3] Muc A., Stawiarski A., Identification of damages in composite multilayered cylindrical panels with delaminations, Composite Structures 2012, 94, 1871-1879.
• [4] Żak A., Krawczuk M., Assessment of flexural beam behaviour theories used for dynamics and wave propagation problems, J. Sound & Vib. 2012, 331, 5715-5731.
• [5] Manoach E. et al., Vibration based damage detection in composite beams under temperature variations using Poincaré maps, Int. J. Mech. Sci. 2012, 62, 120-132.
• [6] Hibbit D., Karlsson B., Sorenson P., Abaqus Analysis User’s Manual version 6.5, Hibbit, Karlsson & Sorenson Inc., USA, 2004.
• [7] Bieniaś J., Dębski H., Numeryczna analiza tarcz kompozytowych zbrojonych włóknami szklanymi i węglowymi w warunkach złożonego stanu obciążenia, Kompozyty 2010, 10(4), 127-132.
• [8] Suresha B. et al., Friction and slide wear characteristics of glass-epoxy and glass-epoxy filled with SiCp composites, Indian Journal of Engineering & Material Sciences 2006, 13, 535-541.