Estimation of strength parameters of aviation products made of polymer composites based on Markov chain theory

• Autorzy: Chatys R. , Stefańska A. , Piernik K. , Stefański K.

Warianty tytułu

PL

Szacowanie parametrów wytrzymałościowych wyrobów lotniczych z kompozytów polimerowych z kompozytów polimerowych z uwzględnieniem teorii łańcuchów Markowa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study investigates the fatigue strength of a component made of a glass composite material with polyester matrix, manufactured using a contact method (I) and by vacuum bagging (II). Modeling was carried out only for composite material II, due to significant spread of the strength of the composite material manufactured by contact lamination I, which means that such a material does not guarantee repeatability of the test results. Estimation of the composite material fatigue strength and residual strength was performed using a mathematical model based on the Markov chain theory. The model assumed that the material failure occurs at certain critical microvolume of the components operating within the plastic range. Observed relationships between the probability values and the distribution parameters for the tatic strength of the composite components, as well as the load values allow for deriving a fatigue curve equation. Obtained results are presented in the tables.

PL

W pracy zbadano wytrzymałość zmęczeniową kompozytu szklanego o osnowie poliestrowej, wytworzonego metodą kontaktową (I) i metodą worka próżniowego (II). Modelowanie przeprowadzono tylko dla kompozytu II, ze względu na znaczny rozrzut wytrzymałości kompozytu wykonanego metodą laminowania kontaktowego I, co oznacza kompozyt ten nie daje gwarancji powtarzalności wyników badania. Do szacowania wytrzymałości zmęczeniowej i wytrzymałości resztkowej kompozytów zastosowano model matematyczny bazujący na teorii łańcuchów Markowa. W modelu założono, iż zniszczenie materiału zachodzi przy pewnej krytycznej mikroobjętości komponentów pracujących w zakresie sprężystym. Zaobserwowane związki prawdopodobieństw z parametrami rozkładu wytrzymałości statycznej komponentów kompozytów i wielkości obciążeń pozwalają otrzymać równanie krzywej zmęczeniowej. Uzyskane wyniki badań zestawiono w tabelach.

Słowa kluczowe

EN

composite material; composite testing; fatigue strength; Markov's theory

PL

kompozyt; badania kompozytów; wytrzymałość zmęczeniowa; wytrzymałość resztkowa; teoria Markowa

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 2 (247)
• Strony: 19--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Chatys R.

• Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Politechnika Świętokrzyska (Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Department of Applied Computer Science and Armament Engineering, Kielce University of Technology), al.1000-lecia P.P. 7, 25-314 Kielce

autor

Stefańska A.

autor

Piernik K.

• Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Politechnika Świętokrzyska (Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Department of Applied Computer Science and Armament Engineering, Kielce University of Technology), al.1000-lecia P.P. 7, 25-314 Kielce

autor

Stefański K.

• Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Politechnika Świętokrzyska (Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Department of Applied Computer Science and Armament Engineering, Kielce University of Technology), al.1000-lecia P.P. 7, 25-314 Kielce

Bibliografia

• [1] Lifshitz, J. M., 1988, „Compressive Fatique and Static Properties of a Unidirectional Graphite/Epoxy Composite” Journal of Composites Technology and Research, 10 (3), pp. 100–106.
• [2] Chatys, R., Darska, J. and Opala, M., 2005, “The Effect of the Technological Parameters on the Quality of Composite Materials Produced with the RTM Method.”, International Conference ”Terotechnology’2005”, Kielce, September 28-30, 2005., ”Mechanika”, nr. 83, pp. 21-28.
• [3] Chatys, R., 2009, „Mechanical Properties of Polymer Composites Produced by Resin Injection Molding for Applications Under Increased Demands for Quality and Repeatability”, Journal Ultrasound, 64(2), pp. 35–38.
• [4] Topoliński, T. and Weiner, W., 1995, „Programowane badania zmęczeniowe ogniw przenośnika na tle wyników badań eksploatacyjnych” (Programmable the study fatigue the conveyor links on the background of the results of operational research - available in Polish), VI Konferencja nt. „Nowe kierunki modyfikacji i zastosowań tworzyw sztucznych” (6th Conference on “New directions of modifications and uses of plastics”), Poznań, 10-13.05.1995 pp. 137–142.
• [5] Szala, J., 2007, „Podstawowe problemy konstruowania złożonych obiektów ze względu na zmęczeniowe pękanie” (Basic problems of constructing complex objects due to fatigue cracking - available in Polish), XXIII Sympozjon Podstaw Konstrukcji Maszyn (23rd Symposium on Machine Design Basics), Przemyśl, 17-21 September 2007, Ed. by PRz, Rzeszów.
• [6] Reifsnider, K. L. and Stinchcomb, W. W., 2005, A Critical-Element Model of the Residual Strength and Life of Fatigue-Loaded Composite Coupons”, Composite Materials: Fatigue and Fracture, ASTM STP 907. pp. 298–313.
• [7] Yang, J. N., Jones, S. L., Yang, S. H. and Meskini, A., 1990, „A Stiffness Degradation Model for Graphite/Epoxy Laminates”, J, of Composites Materials, 24(3), pp. 753–763.
• [8] Broutman, L. J. and Sahu, S., 1972, „A New Theory to Predict Cumulative Fatigue Damage in Fiberglass Reinforced Plastics”, Composite Materials: Testing and Design, 2nd Conference American Society for Testing and Materials, Philadelphia, ASTM STP, 497, pp. 170–188.
• [9] Rotem, A., 1986, „Fatigue and Residual Strength of Composite Laminates”, Engineering Fracture Mechanics, 25(6), pp. 819–827.
• [10] Paramonov, Yu. M., Kleinhof, M. A. and Paramonova, A. Yu., 2006,”Markov Model of Connection Between the Distribution of Static Strength and Fatigue Life of a Fibrous Composite”, Mechanics of Composite Materials, 42(5), pp. 615–630.
• [11] Paramonov, Yu. and Andersons, J., 2007, „A family of weakest link models for fibre strength distribution”, Composites: Part A38, pp. 1227–1233.
• [12] Kemeny, J. G. and Snell, J. L., 1966, "Finite Marcov Chains", Princetown: N. J. Van Nostrand.
• [13] Chatys, R., Paramonova, A. Yu. and Kleinhofs, M. A., 2011, „Analysis of Residual Strength after Fatigue in Fibrous Composite using Markov Chains Model”, Monography: “Selected Problems of Modeling and Control in Mechanics”, Edited by Stanisław Adamczak and Leszek Radziszewski, Kielce, 2011, pp. 166–178.
• [14] Paramonov, J., Chatys, R., Anderson, J. and Kleinhofs, M., 2012, „Markov Model of Fatigue of a Composite Material with Poisson Process of Defect Initiation”, Mechanics of Composite Materials, .48(2), pp. 211–228.
• [15] Paramonov, Yu., Chatys, R., Andersons, J. and Kleinhofs, M., 2011, „Poisson process of defect initiation in fatigue of a composite material”, International Conferences „RelStat’2011”, 20-21.10.2011, Riga Latvia, pp. 1–12 (CD).
• [16] Iosifescu, M., 1988, „Skończone procesy Markowa i ich zastosowanie” (Finished Markov processes and their application - available in Polish), Ed. by PWN, Warsaw, Poland.
• [17] Fleming, W. H. and Soner, H. M., 1993, „Controlled Markov processes and viscosity solutions” Springer Verlag, New York.
• [18] White, D. J., 1992,”Markov decision processes”, Chichester: John Wiley.
• [19] Found, M. S and Quaresimin, M., 2003, „Two–stage fatigue loading of woven carbon fiber reinforced laminates”, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 26, pp. 17–26.
• [20] ASTM D638 - Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).