Modelling steel beams filled with a composite material

• Autorzy: Dunaj P. , Powałka B. , Okulik T. , Berczyński S. , Chodźko M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie belek stalowych wypełnionych materiałem kompozytowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modelling of structural elements using materials with significantly different parameters is a demanding issue, mainly due to the possibilities of commercial computing software. The paper presents a method of modelling the damping properties of a component consisting of a steel beam filled with a composite material. The compatibility of the modelling using the finite element method with the results of experimental studies have been proved. These results provide the first step for innovative machine tool body construction that consist these types of elements.

PL

Modelowanie elementów konstrukcyjnych, wykorzystujących materiały o znacząco różniących się parametrach, jest wymagającym zagadnieniem głównie ze względu na możliwości komercyjnych pakietów obliczeniowych. W artykule przedstawiono autorską metodę modelowania właściwości dyssypacyjnych komponentu składającego się ze stalowej belki, wypełnionej materiałem kompozytowym. Wykazano zgodność wyników modelowania metodą elementów skończonych z rezultatami badań doświadczalnych. Wyniki te stanowią punkt wyjścia do budowy nowatorskiej konstrukcji obrabiarki, której elementy nośne wykonane będą z tego typu elementów.

Słowa kluczowe

EN

FEM modelling; modal analysis; model updating; composite beams; damping

PL

modelowanie MES; analiza modalna; identyfikacja modelu; belka kompozytowa; tłumienie

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 3
• Strony: 71--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dunaj P.

• Faculty Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

autor

Powałka B.

• Faculty Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

autor

Okulik T.

• Faculty Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

autor

Berczyński S.

• Faculty Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

autor

Chodźko M.

• Faculty Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Poland

Bibliografia

• 1. Altintas Y.: Manufacturing automation: metal cutting mechanics, machine tool vibrations, and CNC design. Cambridge university press, 2012.
• 2. Koenigsberger F., Tlusty J.: Machine tool structures. Elsevier, 2016.
• 3. Angus H.T.: Cast iron: physical and engineering properties. Elsevier, 2013.
• 4. Bhandari V.B.: Design of machine elements. Tata McGraw-Hill Education, 2010.
• 5. Smithells C.J. (ed.): Metals reference book. Elsevier, 2013.
• 6. Moehring H.C., Brecher C., Abele E., Fleischer J., Bleicher F.: Materials in machine tool structures. CIRP Annals, 2015, 64(2), pp. 725-748.
• 7. Cho S.K., Kim H.J., Chang S.H.: The application of polymer composites to the table-top machine tool components for higher stiffness and reduced weight. Composite Structures, 2011, 93(2), pp. 492-501.
• 8. Kim Ju-Ho, Chang Seung-Hwan: Design of μ-CNC machining centre with carbon/epoxy composite-aluminium hybrid structures containing friction layers for high damping capacity. Composite Structures, 2010, 92(9), pp. 2128-2136.
• 9. Kim D.I., Jung S.C., Lee J.E., Chang S.H.: Parametric study on design of composite-foam-resin concrete sandwich structures for precision machine tool structures. Composite Structures, 2006, 75(1-4), pp. 408-414.
• 10. Kępczak N., Pawłowski W.: Teoretyczne badania właściwości dynamicznych łóż obrabiarki wykonanych z żeliwa i hybrydowego połączenia żeliwa z odlewem mineralnym. Mechanik, 2015, 88(8-9CD1), pp. 199-203 (in Polish).
• 11. Kosmol J.: Projektowanie hybrydowych korpusów obrabiarek. Mechanik, 2016, 89(8-9), pp. 904-913 (in Polish).
• 12. Kosmol J.: Modelowanie hybrydowych korpusów obrabiarek. Modelowanie inżynierskie, 2017, 31(62), pp. 49-55 (in Polish).
• 13. Lee C.S., Oh J.H., Choi J.H.: A composite cantilever arm for guiding a moving wire in an electrical discharge wire cutting machine. Journal of Materials Processing Technology, 2001, 113(1-3), pp. 172-177.
• 14. Okulik T., Powałka B., Marchelek K., Byrczek G.: Numeryczna analiza modalna stojaka frezarki wykonanego z wypełnionych profili stalowych. Modelowanie Inżynierskie, 2017, 33(64), pp. 68-73 (in Polish).
• 15. Do Suh J., Kim H.S., Kim J.M.: Design and manufacture of composite high speed machine tool structures. Composites Science and Technology, 2004, 64(10-11), pp. 1523-1530.
• 16. Dai X.H., Lam D., Jamaluddin N., Ye J.: Numerical analysis of slender elliptical concrete filled columns under axial compression. Thin-Walled Structures, 2014, 77, pp. 26-35.
• 17. Duarte A.P.C., Silva B.A., Silvestre N., De Brito J., Júlio E., Castro J.M.: Finite element modelling of short steel tubes filled with rubberized concrete. Composite Structures, 2016, 150, pp. 28-40.
• 18. Li Sh., Han L.H., Hou Ch.: Concrete-encased CFST columns under combined compression and torsion: Analytical behavior. Journal of Constructional Steel Research, 2018, 144, pp. 236-252.
• 19. Hu H.T., Huang Ch.S., Chen Z.L.: Finite element analysis of CFT columns subjected to an axial compressive force and bending moment in combination. Journal of Constructional Steel Research, 2005, 61(12), pp. 1692-1712.
• 20. Adhikari S.: Damping models for structural vibration [Doctoral dissertation]. University of Cambridge, 2001.
• 21. Liu M., Gorman D.G.: Formulation of Rayleigh damping and its extensions. Computers & Structures, 1995, 57(2), pp. 277-285.
• 22. Chowdhury I., Dasgupta S.P.: Computation of Rayleigh damping coefficients for large systems. The Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 2003, 8, pp. 1-11.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).