An engineering approach to modelling process-induced deformations of double-curved composite elements

• Autorzy: Osmęda A.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie deformacji powstających w czasie wytwarzania elementów kompozytowych o nierozwijalnej geometrii : podejście inżynierskie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Since deformations induced in composite elements during curing are a problem well-known to engineers that design composite structures, compensating for them is one of the most interesting issues in the field of composite manufacturing. The present work proposes a simple method that allows one to predict process-induced deformations. Development of the method starts with determining and measuring in experiments the factors that contribute to the deformations. These factors are then used in the FEM model to calculate the deformations of a double-curved composite element. The calculated deformations are verified by comparison to the measured deformations of an equivalent sample element. The comparison shows that the model used in the present work enables one to predict 80% of process-induced deformations of a composite double-curved element. Although the accuracy of the prediction is not excellent, the method enables estimation of the deformations and may be used as a base for significant improvement of composite element dimensional accuracy. Taking into account that the computational model used in the method is simple and may be implemented in commonly used FEM software, it appears to be a useful tool for any engineer dealing with composite elements design.

PL

Ze względu na to, że deformacje powstające w czasie procesu wytwarzania elementów kompozytowych są istotnym problemem dla inżynierów projektujących struktury kompozytowe, kompensacja tych deformacji jest zagadnieniem cieszącym się dużym zainteresowaniem. W niniejszej pracy zaproponowana został prosta metoda, która pozwala przewidywać deformacje powstające w czasie procesu wytwarzania. Pierwszym jej etapem było wyszczególnienie i zbadanie eksperymentalne czynników, które powodują powstawanie deformacji. Następnie czynniki te zostały uwzględnione w modelu MES w celu obliczenia deformacji kompozytowego wyrobu o nierozwijalnej geometrii. Na końcu obliczone deformacje zostały zweryfikowane przez porównanie ze zmierzonymi deformacjami elementu, dla którego wykonane zostały obliczenia. Porównanie to wykazało, że dzięki zaproponowanej metodzie można przewidzieć 80% deformacji kompozytowego elementu o podwójnej krzywiźnie. Chociaż dokładność metody nie jest idealna, pozwala ona na oszacowanie deformacji, które może stanowić podstawę do znacznego poprawienia dokładności wymiarowej wyrobów kompozytowych. Jeżeli zostanie wzięte pod uwagę to, że użyty model obliczeniowy jest bardzo prosty i może być zaimplementowany za pomocą powszechnie używanego oprogramowania MES, przedstawiona metoda okazuje się być użytecznym narzędziem dla inżynierów zajmujących się projektowaniem struktur kompozytowych.

Słowa kluczowe

EN

deformations; carbon-epoxy composite; finite element method

PL

deformacje; kompozyt węglowo-epoksydowy; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 2
• Strony: 66--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Osmęda A.

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

Bibliografia

• [1] Ersoy N., Garstka T., Potter K., Wisnom M.R., Porter D., Stringer G., Modelling of the spring-in phenomenon in curved parts made of a thermosetting composite, Composites:Part A 2010, 41, 410-418.
• [2] Dong C., Modeling the process-induced dimensional variations of general curved composite components and assemblies, Composites: Part A 2009, 40, 1210-1216.
• [3] Arafath A., Vaziri R., Poursartip A., Closed-form solution for process-induced stresses and deformation of a composite part cured on a solid tool: Part II - Curved geometries, Composites: Part A 2009, 40, 1545-1557.
• [4] Svanberg J.M., Holmberg J.A., Prediction of shape distortions, Part I. FE-implementation of a path dependent constitutive model, Composites: Part A 2004, 35, 711-721.
• [5] Svanberg J.M., Holmberg J.A., Prediction of shape distortions Part II. Experimental validation and analysis of boundary conditions, Composites: Part A 2004, 35, 723-734.
• [6] Dong C., Process-induced deformation of composite T-stiffener structures, Composite Structures 2010, 92, 1614-1619.
• [7] Bapanapalli S.K., Smith L.V., A linear finite element model to predict processing-induced distortion in FRP laminates, Composites: Part A 2005, 36, 1666-1674.
• [8] Fernlund G., Osooly A., Poursartip A., Vaziri R., Courdji R., Nelson K., George P., Hendrickson L., Griffith J., Finite element based prediction of process-induced deformation of autoclaved composite structures using 2D process analysis and 3D structural analysis, Composite Structures 2003, 62, 223-234.
• [9] Albert C., Fernlund G., Spring-in and warpage of angled composite laminates, Composites Science and Technology 2002, 62, 1895-1912.
• [10] Radford D.W., Rennick T.S., Separating sources of manufacturing distortion in laminated composites, Journal of Reinforced Plastics and Composites 2000, 19, 621-641.
• [11] Kaushik V., Raghavan J., Experimental study of tool-part interaction during autoclave processing of thermoset polymer composite structures, Composites: Part A 41 (2010) 1210-1218.
• [12] Osmęda A., Measurement of strain induced by chemical shrinkage in thermoset composites, under review in Journal of Composite Materials.
• [13] Yu H., Mhaisalkar S.G., Wong E.H., Observations of gelation and vitrification of a thermosetting resin during evolution of polymerization shrinkage, Macromolecular Rapid Communications 2005, 26, 1483-1487.
• [14] Kim Y.K., White S.R., Stress relaxation behaviour of 3501-6 epoxy resin during cure, Polymer Engineering and Science 1996, 36, 2852-2862.