Analysis of the properties of RFSSW lap joints of Alclad 7075-T6 aluminum alloy sheets under static and dynamic loads

• Autorzy: Kubit Andrzej , Faes Koen , Jurczak Wojciech , Bucior Magdalena , Kluz Rafał

Identyfikatory

DOI

10.15199/160.2020.4.1

Warianty tytułu

PL

Analiza właściwości połączeń zakładkowych blach ze stopu aluminium 7075-T6 Alclad zgrzewanych metodą RFSSW w warunkach obciążeń statycznych oraz dynamicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents research regarding refill friction stir spot welding (RFSSW) of EN AW-7075-T6 Alclad aluminium alloy sheets, and the joint behaviour under static and dynamic loads. Single-point lap joint of sheets with different thicknesses, which corresponds to those used in aircraft fuselage structures, i.e. upper sheets with a thickness of 1.6 mm and lower sheets with a thickness of 0.8 mm, were analysed regarding the failure mechanism in static shear testing. It has been shown that a properly made joint is destroyed as a result of tension in the lower plate. The lower plate at the edge of the weld is structurally weakened by the HAZ, but also geometrically due to plastic deformation during the welding process, which has been demonstrated by metallographic investigations as well as by the FEM numerical model. Single-row RFSSW welded joints with different spacing of the welds and a riveted joint were impact tested. It has been shown that welded joints are characterized by a greater stiffness, which is higher when the spacing of the welds is smaller.

PL

Praca przedstawia badania połączenia zakładkowego RFSSW blach ze stopu aluminium EN AW-7075-T6 Alclad pod wpływem obciążeń statycznych oraz dynamicznych. Jednopunktowe połączenie zakładkowe blach o różnej grubości co odpowiada połączeniom stosowanym w konstrukcjach kadłubów lotniczych tj. górna blacha o grubości 1.6 mm oraz dolna blacha o grubości 0.8 mm, poddano analizie mechanizmu zniszczenia w próbie statycznego ścinania. Wykazano, że poprawnie wykonane połączenie ulega zniszczeniu na skutek rozciągania dolnej blachy. Dolna blacha przy krawędzi zgrzeiny jest osłabiona strukturalnie przez strefę wpływu ciepła, ale także geometrycznie poprzez deformację plastyczną powstałą podczas procesu zgrzewania, co wykazano na podstawie badań metalograficznych jak również przy użyciu modelu numerycznego MES. Jednorzędowe połączenia zakładkowe poddano badaniom udarności. Badano połączenia zgrzewane RFSSW o różnym rozstawie zgrzein oraz połączenie nitowane. Wykazano, że połączenia zgrzewane charakteryzują się większą sztywnością, która jest tym większa im mniejszy rozstaw zgrzein.

Słowa kluczowe

EN

RFSSW; aircraft fuselage skin; aluminium alloy; drop-weight impact test; FEM; impact resistance

PL

zgrzewanie RFSSW; pokrycia kadłubów lotniczych; badania dynamiczne z użyciem młota opadowego; MES; odporność na uderzenia

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 4
• Strony: 4--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il. kolor., fot., rys., 1 wykr.

Twórcy

autor

Kubit Andrzej

• Department of Manufacturing and Production Engineering, Rzeszow University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

autor

Faes Koen

• Welding Institute, Technologiepark-Zwijnaarde 935, 9052 Gent, Belgium

autor

Jurczak Wojciech

• Polish Naval Academy, Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, ul. Śmidowicza 69, 81-127 Gdynia, Poland

autor

Bucior Magdalena

• Department of Manufacturing and Production Engineering, Rzeszow University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

autor

Kluz Rafał

• Department of Manufacturing and Production Engineering, Rzeszow University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

Bibliografia

• [1] Bryan H. 1999. Engineering Composite Materials. London: The Institute of Materials.
• [2] Cantwell W.J., Morton J. 1991. “The impact resistance of composite materials - a review”. Composites 22(5): 347-362.
• [3] Chen Z.M., Kim H., DeFrancisci G.K. Experimental and Modeling Investigation of Blunt Impact to Stringer Reinforced Composite Panels. COVER SHEET.
• [4] DeFrancisci G.K., Chen Z.M., Kim H.: Blunt impact damage formation in frame and Stringer stiffened composite panels. 18th International Conference on Composite Materials.
• [5] Elber W., Shivakumar K.N., Illg W. 1985. “Prediction of low velocity impact damage in thin circular laminates”. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal 23(3): 442-449.
• [6] International Air Transportation Association. 2005. Ground Damage Prevention Programme Targets 10% Cost Reduction. Industry Times, Article 4.
• [7] ISO 6892-1:2016. 2016. Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature. Switzerland, Geneva: International Organization for Standardization.
• [8] Kim H., Kedward K.T. 2000. “Modeling Hail Ice Impacts and Predicting Impact Damage Initiation in Composite Structures”. AIAA Journal 38(7): 1278- 1288.
• [9] Kim H., Kedward K.T., Welch D.A. 2003. “Experimental Investigation of High Velocity Ice Impacts on Woven Carbon/Epoxy Composite Panels”. Composites Part A 34(1): 25-41.
• [10] Kubit A., Bucior M., Wydrzyński D., Trzepieciński T., Pytel M. 2018. “Failure mechanisms of refill friction stir spot welded 7075 - T6 aluminium alloy single - lap joints”. International Journal of Advanced Manufacturing Technology 94(9-12): 4479-4491.
• [11] Kubit A., Kluz R., Trzepieciński T., Wydrzyński D., Bochnowski W. 2018. “Analysis of the mechanical properties and of micrographs of refill friction stir spot welded 7075 - T6 aluminium sheets”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 18(1): 235-244.
• [12] Kubit A., Kluz R., Trzepieciński T. 2020. “A fully coupled thermo-mechanical numerical modelling of the refill friction stir spot welding process in Alclad 7075-T6 aluminium alloy sheets”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 20(117): 1-14.
• [13] Mendez P.F., Eagar T.W. 2001. “Welding process for aeronautics”. Advanced Materials and Processes 159: 39-43.
• [14] Niewerth D., Stefaniak D., Hühne C. 2014. The response of hybrid composite structures to low-velocity impact. 16th International Conference on Experimental Mechanics.
• [15] Richardson M.O.W., Wisheart M.J. 1996. “Review of low-velocity impact properties of composite materials”. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 27(12): 1123-1131.
• [16] Safri S.N.A., Sultan M.T.H., Yidris N., Mustapha F. 2014. “Low Velocity and High Velocity Impact Test on Composite Materials - A review”. The International Journal of Engineering and Science 3(9): 50-60.
• [17] Schoeppner G., Abrate S. 2000. “Delamination Threshold Loads for Low Velocity Impact on Composite Laminates”. Composites: Part A 31(9): 903-915.
• [18] Simufact Forming - Theory manual. 2016. Champaign: Computational Applications and System Integration Inc.
• [19] Zbrowski A. 2012. „Bezpieczeństwo samolotów w aspekcie zagrożenia kolizją z ptakami”. Problemy Eksploatacji 2: 215-227.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).