Validation of numerical models used for designing the composite blade for ILX-27 rotorcraft

• Autorzy: Wilk Jakub , Guzikowski Radosław

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2019-0020

Warianty tytułu

PL

Walidacja modeli numerycznych użytych do projektowania kompozytowej łopaty do śmigłowca ILX-27

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the validation procedure of the model used in the analysis of the composite blade for the rotor of the ILX-27 rotorcraft, designed and manufactured in the Institute of Aviation, by means of numerical analyses and tests of composite elements. Numerical analysis using finite element method and experimental studies of three research objects made of basic materials comprising the blade structure – carbon-epoxy laminate, glass-epoxy composite made of roving and foam filler – were carried out. The elements were in the form of four-point bent beams, and for comparison of the results the deflection arrow values in the middle of the beam and axial deformations on the upper and lower surfaces were selected. The procedure allowed to adjust the discrete model to real objects and to verify and correct the material data used in the strength analysis of the designed blade.

PL

W artykule zaprezentowano procedurę walidacji modelu wykorzystywanego w analizie łopaty kompozytowej do wirnika nośnego śmigłowca ILX-27, projektowanej i wytwarzanej w Instytucie Lotnictwa, za pomocą analiz numerycznych oraz badań elementów kompozytowych. Przeprowadzono analizę numeryczną metodą elementów skończonych oraz badania eksperymentalne trzech obiektów badawczych wykonanych z podstawowych materiałów składających się na strukturę łopaty – laminatu węglowo-epoksydowego, kompozytu szklano-epoksydowego wykonanego z rowingu oraz wypełniacza piankowego. Elementy miały postać belek zginanych czteropunktowo, a do porównania wyników wybrano wartości strzałki ugięcia na środku belki oraz odkształceń osiowych na powierzchniach górnej i dolnej. Przeprowadzona procedura pozwoliła na dopasowanie modelu dyskretnego do rzeczywistych obiektów oraz weryfikację i korekcję danych materiałowych użytych w analizie wytrzymałościowej projektowanej łopaty.

Słowa kluczowe

EN

composites; FEM modelling; mechanical tests

PL

kompozyty; modelowanie MES; badania mechaniczne

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 4 (257)
• Strony: 23--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wilk Jakub

• Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

autor

Guzikowski Radosław

• Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Szablewski K., Jancelewicz B., Łucjanek W., 1995, Introduction to rotorcraft design, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, (in Polish).
• [2] Kiraly R., Head R. E., 1983, Manufacturing Methods and Technology (MANTECH) Program: Manufacturing Techniques for Composite Main Rotor blade for the Advanced Attack Helicopter, United States Army Aviation Research and Development Command, St. Louis, MO.
• [3] Composite Materials Handbook - 17, ed., 2012, Composite Materials Handbook, Volume 3 - Polymer Matrix Composites - Materials usage, Design, and Analysis, Chapter 4, SAE International.
• [4] Feraboli P., 2009, Composite Materials Strength Determination Within the Current Certification Methodology for Aircraft Structures, Journal of Aircraft, Vol. 46, No. 4.
• [5] Fawcett, A., Trostle, J., and Ward, S., 1977, 777 Empennage Certification Approach, 11th International Conference for Composite Materials, Melbourne, Australia.
• [6] Hodges D. H., 1990, Review of composite rotor blade modeling, AIAA Journal, 28 (3).
• [7] Bull J. W., Ed., 1996, Numerical Analysis and Modelling of Composite Materials, Springer Netherlands, Chapter 1: Analysis of composite rotor blades.
• [8] Konik R., 2016, Numerical analysis of composite tail rotor blade, Transactions of the Institute of Aviation, No. 3(244), pp. 175-188, (in Polish).
• [9] Awrejcewicz J., Ed., 2011, Numerical Analysis - Theory and Application, InTech, Chapter 8: Numerical Validation Methods.
• [10] Pyrzowski Ł., Sobczyk B., Witkowski W., Chróścielewski J., 2016, Three-point bending test of sandwich beams supporting the GFRP footbridge design process - validation, 3rd Polish Congress of Mechanics (PCM) / 21st International Conference on Computer Methods in Mechanics (CMM), Taylor & Francis Group.
• [11] Sears A. T., 1999, Experimental validation of finite element techniques for buckling and postbuckling of composite sandwich shells, MSc. Thesis, Montana State University, Bozeman.
• [12] ASTM International, 2016, Standard Test Method for Facing Properties of Sandwich Constructions by Long beam Flexure, ASTM D7249/D7249M-16.
• [13] Kaddour A. S, Hinton M. J., 2012, Input data for for test cases used in benchmarking triaxial failure theories of composites, Journal of Composite Materials, No. 19-20/vol. 46; 2295-2312.
• [14] Allen H. G., 1969, Analysis and Design of Structural Sandwich Panels, Pergamon Press, Oxford, UK.
• [15] Zalewska M., 2017, Allowable values for the analysis of the spar of the main rotor blade for ILX rotorcraft: Roving AGY S2 Glass R-310 449, TEX 675, resin Araldite LY 1564/Aradur 2954, 4S/LK/2016 (in Polish), Institute of Aviation, Warsaw.
• [16] Karny M., 2016, Mechanical testing of tensile strength in 90° direction of the specimens made of glass roving in RTA conditions accoridng to ASTM D3039, 63/LK/2016, Institute of Aviation, Warsaw, (in Polish).
• [17] Zalewska M., 2016, Allowable values for the analysis of the casing of the main rotor blade for ILX rotorcraft for material MTM44-1/EHTA40(6k)-2x2T-284-40%, 5S/LK/2016, Institute of Aviation, Warsaw, (in Polish).
• [18] Evonik Industries, 2017, ROHACELL® WF Technical Information.
• [19] Quick Reference Guide: MSC Nastran, 2013.

Uwagi

PL

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