Experimental Verification of Numerical Calculations with the Use of Digital Image Correlation

• Autorzy: Bajurko P. , Dobrzański P.

Warianty tytułu

PL

Eksperymentalna weryfikacja obliczeń numerycznych z zastosowaniem cyfrowej korelacji obrazu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of research work performed under the TEBUK project, aiming primarily to develop a reference methodology for assessing the impact of damage on the strength of structures made of carbon epoxy prepregs. The tests described in the paper were concerned with a fragment of the structure (FS) of the TEBUK project demonstrator, made of carbon epoxy composite, with an artificial circular delamination measuring 40 mm in diameter. Numerical and experimental test of FS have been performed under quasi-static compression load. The buckling of the skin observed in the delamination area, as well as the propagation of the latter were investigated. The numerical calculations have been performed with the use of the commercially available MSC Marc/Mentat calculation suite based on the Finite Elements Methods. Results of the numerical calculations have been compared with experimental measurements made with the use of the Digital Image Correlation (DIC) method. The tests performed aimed to provide a preliminary verification of the numerical model. The results obtained have shown a very good correlation between the numerical and experimental results concerned with critical load levels at which stability of the layers separated by delamination is lost (buckling). The lack of convergence of the numerical model’s results after exceeding the critical load values has rendered it impossible to unequivocally compare the results concerned with propagation of the delamination area.

PL

Artykuł dotyczy prac badawczych realizowanych w ramach projektu TEBUK, którego głównym celem było opracowanie wzorcowej metodyki oceny wpływu uszkodzeń na wytrzymałość konstrukcji wykonanych z preimpregnatów węglowo-epoksydowych. Obiektem prezentowanych badań był fragment struktury (FS) demonstratora projektu TEBUK wykonany z kompozytu węglowo-epoksydowego ze sztucznie wprowadzoną delaminacją kołową o średnicy 40 mm. Wykonano numerycznie i eksperymentalnie badania FS w warunkach quasi-statycznego obciążenia ściskającego, w trakcie których analizowano wyboczenie pokrycia w obszarze delaminacji oraz jej propagację. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w komercyjnym pakiecie obliczeniowym MSC Marc/Mentat bazującym na metodzie elementów skończonych. Wyniki analiz numerycznych porównywano z pomiarami eksperymentalnymi zmierzonymi metodą Cyfrowej Korelacji Obrazu (CKO). Przeprowadzone badania miały za zadanie wstępną weryfikację modelu numerycznego. Uzyskane wyniki wykazały bardzo dobrą zbieżność wyników numerycznych i eksperymentalnych dotyczących obciążeń krytycznych, w których następuje utrata stateczności (wyboczenie) warstw odseparowanych delaminacją. Natomiast brak zbieżności obliczeń w modelu numerycznym po przekroczeniu obciążeń krytycznych nie pozwolił jednoznacznie porównać wyników dotyczących propagacji delaminacji.

Słowa kluczowe

EN

digital image correlation; FEM; delamination; buckling; carbon-epoxy laminate

PL

cyfrowa korelacja obrazu; MES; delaminacja; wyboczenie; laminat węglowo-epoksydowy

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 2 (251)
• Strony: 7--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Bajurko P.

• Center for Composite Technologies, Institute of Aviation, al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

autor

Dobrzański P.

• Center for Composite Technologies, Institute of Aviation, al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Osmęda, A., 2012, “Strength and construction analysis of aerospace test structure – Internal report (Analiza wytrzymałościowo-konstrukcyjna demonstratora, Raport wewnętrzny),” 05/BU/2012/TEBUK, Institute of Aviation, Warsaw.
• [2] Osmęda, A., 2016, “Result comparison of numerical analysis and structural tests of aerospace test structure (Porównanie wyników analiz numerycznych i prób wytrzymałościowych demonstratora struktury lotniczej),” Transactions of the Institute of Aviation, Warsaw, 244(3), pp. 123-134.
• [3] Bajurko, P., 2015, “Modeling subcomponent of demonstrator of tebuk project – Internal report (Modelowanie subkomponentu demonstratora TEBUK, Raport wewnętrzny),” 68/LK/2015/
• [4] Kowalczyk, P., 2016, “On applications of optical full-field strain measurements in validation and examination procedures,” Transactions of The Institute of Aviation, 4 (245), pp. 46-51.
• [5] Chu, T. C., Ranson, W. F., and Sutton, M. A., 1985, “Applications of digital-image-correlation techniques to experimental mechanics,” ResearchGate, 25(3), pp. 232-244.
• [6] Lagattu, F., Brillaud, J., and Lafarie-Frenot, M.-C., 2004, “High strain gradient measurements by using digital image correlation technique,” Materials Characterization, 53(1), pp. 17-28.
• [7] Tomblin, J., and Seneviratne, W., 2011, “Determining the Fatigue Life of Composite Aircraft Structures Using Life and Load-Enhancement Factors,” Air Traffic Organization NextGen & Operations Planning Office of Research and Technology Development Washington, DC 20591.
• [8] Gower, M. R. L., and Shaw, R. M., 2010, “Towards a Planar Cruciform Specimen for Biaxial Characterisation of Polymer Matrix Composites,” Applied Mechanics and Materials, 24-25, pp. 115-120.
• [9] Leone, F. A., Bakuckas, J. G., Shyprykevich, P., and Davies, C., 2008, “Structural Testing and Analysis of Honeycomb Sandwich Composite Fuselage Panels,” Air Traffic Organization Operations Planning Office of Aviation Research and Development Washington, DC 20591.
• [10] Szala, J., and Boroński, D., 2007, “Local strain analysis in the zones of geometrical discontinuities and material inhomogeneities (Analiza odkształceń lokalnych w obszarach nieciągłości geometrycznych i niejednorodności materiałowych),” Acta Mechanica et Automatica, Vol. 1, no. 1, pp. 103-124.
• [11] Kokot, G., 2013, “Determination of mechanical properties of bone tissues using digital image correlation, nanoindentation and numerical simulations (Wyznaczanie własności mechanicznych tkanek kostnych z zastosowaniem cyfrowej korelacji obrazu, nanoindentancji oraz symulacji numerycznych),” Silesian University of Technology.
• [12] Battams, G. P., Dulieu-Barton, J. M., and Boyd, S. W., 2010, “Evaluation of Edge Cracks in Cross-Ply Laminates Using Image Correlation and Thermoelastic Stress Analysis,” Applied Mechanics and Materials, 24-25, pp. 91-96.
• [13] Gonzalez, J., and Knauss, W. G., 1998, “Strain inhomogeneity and discontinuous crack growth in a particulate composite,” Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 46(10), pp. 1981-1995.
• [14] Moćko, W., 2015, “The use of digital correlation of the image to evaluate the impact of initial fatigue loads on the strain distribution and changes in the strength properties of dp500 steel (Zastosowanie cyfrowej korelacji obrazu do oceny wpływu wstępnych obciążeń zmęczeniowych na rozkład odkształcenia i zmiany właściwości wytrzymałościowych stali DP500),” Motor Transport, z. 2, Motor Transport Institute, Warsaw, pp. 89-108.
• [15] Waśniewski, B. 2016, “High tempertaure thermoplasts in prepregs as a matrix of carbon fibre composites used in aerostructures (Duroplasty oraz termoplasty wysokotemperaturowe w prepregach jako osnowy kompozytów węglowych do wytwarzania struktur lotniczych),” Transactions of The Institute of Aviation, 2(243), pp. 28-39.
• [16] Szymański, R., 2016, “Technologia wykonania noska łopaty wirnika nośnego, porównanie trzech technologii (Technology made the leading edge of the blade carrier, comparison of three technologies),” Transactions of The Institute of Aviation, 3 (244), pp. 155-166.
• [17] Sokołowski, M., 2017, “Process of preparing and laying carbon prepregs,” Transactions of The Institute of Aviation, 1(246), pp. 27-34.
• [18] Wilk, J., 2015, “Assessing the hazard of delamination propagation in composites using numerical analysis,” Composites Theory and Practice, R. 15, no. 1, pp. 34-38.
• [19] Dobrzański, P., 2016, “Cohesive zone modeling (Modelowanie strefy kohezyjnej),” Transactions of The Institute of Aviation, 2(243). pp. 170-186.
• [20] Bajurko, P., Wilk, J., Szeląg, D., and Czarnocki, P., 2014, “Numerical modeling of delamination growth in composite plates,” Shell Structures, Theory and Applications, CRS Press, Gdańsk, pp. 373-376.
• [21] Krueger, R., 2004, “Virtual crack closure technique: History, approach, and applications,” Appl. Mech. Rev, 57(2), pp. 109-143.
• [22] Szymański, R., 2017, “Quality control process of manufactured composite structures, 1(246),” Transactions of The Institute of Aviation, pp. 95-103.
• [23] Karny, M., 2016, “Adhesive joints in composite structures - a methodology review (Połączenia klejone w strukturach kompozytowych – metodyka badań),” Transactions of The Institute of Aviation, 3(244), pp. 99-110.
• [24] Bajurko, P., and Czarnocki, P., 2014, “Numerical and experimental investigations of embedded delamination growth caused by compressive loading,” Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 52(2), pp. 301-312.

Uwagi

EN

The tests described in the paper have been performed under the TEBUK project entitled “Development of technologies used to examine damage resistance of aeronautical grade, composite, load-bearing structures”, POIG.01.01.02-14-017. The project has been financed by the European Regional Development Fund, under the Innovative Economy - National Cohesion Strategy program.

PL

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