Numeryczno-doświadczalne badanie energii zniszczenia wybranych struktur kompozytowych

• Autorzy: Niezgoda T. , Barnat W.

Warianty tytułu

EN

Numerical-experimental investigation of failure energy of selected composite structures

• Konferencja: Kompozyty Polimerowe Wisła, 22-25.11.2007 r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy jest porównanie energochłonności elementów wykonanych ze stali, kompozytu polimerowego oraz kompozytu polimerowego z wypełnieniem pianowym. Eksperyment został przeprowadzony na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej INSTRON z prędkością trawersy 10 mm/min. Obliczenia numeryczne wykonano z zastosowaniem programu MSD.Dytran wykorzystującego do obliczeń MES. Elementy energochłonne zostały obciążone kinematycznie w kierunku głównej osi symetrii. Najlepsze rezultaty otrzymano dla elementów wykonanych z kompozytu polimerowego wzmocnionego włóknami. Elementy takie mogą być wykorzystane do projektowania konstrukcji chroniących ludzi np. w przypadku awaryjnego lądowania helikoptera lub do zwiększenia energochłonności barierek drogowych. Progresywne niszczenie elementów kompozytowych pozwoli ograniczyć w obu przypadkach efekty uderzenia. W części końcowej przedstawiono wyniki symulacji numerycznej uderzenia sztywnej płyty w słupek barierki drogowej.

EN

The aim of the paper is to compare the influence of the applied fill on the energy absorber by the energy absorbing structural elements made of composite, steel and of composite with fill foam. The experimental tests were carried out on an INSTRON universal testing machine at the speed rate of the machine’s traverse equal 10 mm/min and the numerical analysis has been performed using MSC.Dytran software based on the Finite Elements Method. The elements were subjected to axial kinematic loads. The higher specific absorbed energy occurs in the case of energy absorbing elements made of composites and from composite with fill foam. These elements can be applied in structures designed for the protection of people or limitation of the whole structure failure, e.g. in the case of a helicopter or car crash etc. the failure progressing in a relatively uniform manner results in the fact that the work used for failure of an energy absorbing elements causes a substantial reduction of the impact load results. Application of energy absorbing elements may be a system dissipating the energy of a car impact into a crash barrier. The results of numerical simulation of stiffness plate hitting to the road barrier are presented.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; struktury kompozytowe; energochłonność; MES (metoda elementów skończonych); energia zniszczenia

EN

composites; composite structure; energy absorbing; FEM; failure energy

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika
• Rocznik: 2007
• Tom: z. 219
• Strony: 149--171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Niezgoda T.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej

autor

Barnat W.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej

Bibliografia

• [1] Ochelski S., Metody doświadczalne mechaniki kompozytów konstrukcyjnych, WNT, 2004
• [2] Muc A., Mechanika kompozytów włóknistych, Księgarnia Akademicka, Kraków, 2003
• [3] Meguid S. A. Stranart J. C., Heyerman J., On the layered micromechanical three-dimensional finite element modelling of foam-filled columns, Finite Elements in Analysis and Design, 40, 2004, pp.1035-1057
• [4] Niezgoda T., Barnat W., Numeryczna analiza badania efektów pochłaniania energii uderzenia poprzez wybrane struktury kompozytowe zastosowane do poprawy bezpieczeństwa transportu, Doskonalenie konstrukcji oraz metod eksploatacji pojazdów mechanicznych, IX Międzynarodowe Sympozjum IPMiT „Pojazdy ’2005”, Rynia, 2005, str. 561-568
• [5] Farley G. R.: Relationship Between Mechanical-Property and Energy-Absorption Trends for Composite Tubes, NASA Technical Paper 3284, 1992
• [6] Niezgoda T., Barnat W., Numeryczna Analiza Wpływu Kształtu Podstawowych Struktur Kompozytowych na Energię Zniszczenia, III Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materiałów i Konstrukcji Augustów, 1-4 czerwca 2005
• [7] Farley G. L.; Jones R. M., Energy Absorption Capability of Composite Tubes and Beams. NASA TM-101634, AVSCOM TR-89-B-003, 1989
• [8] Hull D., A Unified Approach to Progressive Crushing of Fibre-Reinforced Composite Tubes, Composites Science & Technology, vol. 40, 1991, pp. 377-421
• [9] Reedy E. D., Mello F. J., Guess T. R.: Modeling the Initiation and Growth of Delaminations in Composite Structures, Journal of Composite Materials, 31(8), 1997, pp. 812-831
• [10] Fleming D. C.: Delamination Modeling of Composites for Improved Crash Analysis, Journal of Composite Materials 2001, 35, pp. 1777-1792
• [11] Johnson A. F., Picket A.: Impact and Crash Modeling of Composite Structures: A Challenge for Damage Mechanics, Euro-am’99, 1999
• [12] Rajbhandari S. P. i in.: An Approach to Modeling and Predicting Impact Damage in Composite Structures, praca zbiorowa, ICAS 2002 Congress, pp. 862.1-862.10
• [13] Sahid I., Fu-Kuo Chang: An Accumulative Damage Model for Tensile and Shear Failures of Laminated Composite Plates, Journal of Composite Materials, vol. 29, no. 7, 1995, pp. 926-981
• [14] Cananho P. P., Davila C. G.: Mixed-Mode Decohesion Finite Elements for the Simulation of Delamination in Composite Materials, NASA/TM-2002-211737, 2002
• [15] MSC.Dytran Theory Manual, version 2005, MSC.Software C.O., 2005
• [16] Fleming D. C.: Modeling Delamination Growth in Composites using MSC.Dytran, 2nd MSC Worldwide Automotive Conference – Proceedings, 2000
• [17] Paris F.: A Study of Failure Criteria of Fibrous Composite Materials, NASA/CR-2001-210661, 2001
• [18] Jiye Chen: Predicting Progressive Delamination of Stiffened Fibre-Composite Panel and Repaired Sandwich Panel by Decohesion Models, Journal of Thermoplastic Composite Materials, Vol 15, Sept. 2002; pp. 429-442
• [19] Sagar P. Rajbhandari i in., An Approach to Modeling and Predicting Impact Damage in Composite Structures, praca zbiorowa, ICAS 2002 Congress, s. 862.1-862.10
• [20] Sahid I., Fu-Kuo Chang, An Accumulative Damage Model for Tensile and Shear Failures of Laminated Composite Plates, Journal of CompositeMaterials, vol. 29, no. 7, 1995, pp. 926-981
• [21] Fleming D. C., Delamination Modeling of Composites for Improved Crash Analysis, Journal of Composite Materials, 35, 2001, pp. 1777-1792
• [22] Nagel G., Thambiratnam D., Use of thin-walled frusta energy absorbers in protection of structures under impact loading, Design and Analysis of Protective Structures against impart /Impulsive /Shock Loads, Queensland, 2003
• [23] ] Niezgoda T., Barnat W., Analiza pasa bariery drogowej wzmocnionej elementami kompozytowymi w zastosowaniu do poprawy energochłonności elementów infrastruktury, Górnictwo Odkrywkowe, 5-6/2006
• [24] Barnat W., Niezgoda T., Badania energochłonności elementów podatnych w aspekcie zastosowanych materiałów, Journal of Kones Powertrain and Transport, vol. 14, No 1/2007
• [25] Niezgoda T., Ochelski S., Barnat W., Doświadczalne badanie wpływu rodzaju wypełnienia podstawowych struktur kompozytowych na energię zniszczenia, Acta Mechanica et Automatica, 1/2007