Modelling of lamina orientation influence on optimum laminas number of laminated beam subjected to three point bending

• Autorzy: Kukliński M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie zależności optymalnej ilości warstw od ich orientacji w belce wykonanej z laminatu, poddanej trójpunktowemu zginaniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents results of numerical simulations focused on relations between optimum laminas number and their orientation in glass fibre reinforced polyester laminate subjected three point bending. Prior numerical simulations, based on classical laminated plate theory and first-order shear deformation theory, indicated that in unidirectionally reinforced laminate this heterogeneous lamina’s structure caused dependencies between layers number of laminate and its mechanical properties in bending. In the next stage of numerical simulations the feature of laminas rotation was added to the modelled laminate. The obtained results, that constitute the matter of this article, show that the optimum layers number of laminated beam subjected to bending also depends on laminas orientation. Simulations were carried out assuming symmetric, hand lay-up and cross-ply laminate consisting of unidirectionally reinforced laminas. An orthotropic model of a single lamina was assumed. Mechanical properties of laminates were compared using a stress increase ratio defined as quotient of maximum bending stress in laminate to the maximum bending stress in homogeneous beam of laminate’s dimensions. Obtained results need to be verified by the simulation methods based on higher-order shear deformation theory, layer-wise theory and by an experiment.

PL

W niniejszym artykule zawarte są wyniki symulacji numerycznych, mających na celu zbadanie zależności optymalnej liczby warstw laminatu poliestrowo – szklanego wykonanego metodą kontaktową od kąta obrotu poszczególnych warstw w warunkach trójpunktowego zginania. W kompozytach produkowanych metodą kontaktową, które charakteryzują się małym współczynnikiem wzmocnienia, poszczególne warstwy nie można uznać za jednorodne na całej ich grubości. Wzmocniona jest jedynie środkowa część warstwy laminatu, natomiast jej części zewnętrzne stanowi głównie żywica. Chociaż środkowa, wzmocniona część warstwy laminatu jest znacznie grubsza niż jej skrajne części, to jednak symulacje numeryczne wykazały, że przy obciążeniu tym samym momentem zginającym, opisana niejednorodność warstwy laminatu generuje zależność maksymalnego naprężenia zginającego występującego w laminacie od ilości warstw. Do oceny otrzymanych wyników zastosowano metodę porównawczą. Obliczano współczynnik zwiększenia naprężeń αS jako iloraz wartości maksymalnych naprężeń normalnych w belce zginanej wykonanej z laminatu o danej ilości warstw do wartości maksymalnych naprężeń normalnych obliczonych dla belki jednorodnej o tych samych wymiarach oraz w tych samych warunkach obciążenia.Otrzymane wyniki wymagają jeszcze weryfikacji za pomocą metod numerycznych opartych na dyskretnych modelach wielowarstwowych (layer-wise) oraz na teorii ścinania wyższych rzędów. Ostatecznym kryterium oceny będzie eksperyment.

Słowa kluczowe

EN

three-point bending test; laminated plate; laminated beam; numerical simulation

PL

zginanie trójpunktowe; laminat poliestrowo-szklany; symulacja numeryczna

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Logistyka
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 6
• Strony: 6321--6328
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., pełny tekst na CD3

Twórcy

autor

Kukliński M.

• University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz,, Department of Applied Mechanics, Al. Prof. Kaliskiego 7, 85-789 Bydgoszcz, Poland

Bibliografia

• 1. Kukliński M., Modelowanie wpływu liczby warstw ręcznie wytwarzanych laminatów kompozytowych na ich właściwości mechaniczne przy zginaniu, Modelowanie Inżynierskie, 44 (2012), pp. 171-178
• 2. Ochelski F., Metody doświadczalne mechaniki kompozytów konstrukcyjnych. Warszawa: WNT, 2004
• 3. Tanigawa Y, Murakami H, Ootao Y. Transient thermal stress analysis of a laminated composite beam. Journal of ThermalStresses, 12 (1989), s. 25–39
• 4. Carrera E.: Historical review of zig-zag theories for multilayered plates and shells. Applied MechanicsReview, 56 (2003), pp. 287–308
• 5. Reddy J.N.: Mechanics of laminated composite plates and shells: theory and analysis. BocaRaton, Florida: CRC Press, 2004
• 6. Cho Y., Averill R., An improved theory and finite-element model for laminated composite and sandwich beams using first-order zig-zagsublaminate approximations, Composite Structures, 37 (1997), pp. 281-298
• 7. Carrera E.: A refined multilayered finite-element model applied to linear and nonlinear analysis of sandwich plates. Composites Science and Technology, 58 (1998), pp. 1553-1569
• 8. Sheikh A.H., Chakrabarti A.: A new plate bending element based on higher-order shear deformation theory for the analysis of composite plates. FiniteElements in Analysis and Design, 39 (2003), pp. 883-903)