Failure Simulation of Metal-Composite Joints

• Autorzy: Derewońko A.

Warianty tytułu

PL

Symulacje zniszczenia połączenia metalowo-kompozytowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a numerical analysis method allowing the determination of the degree of failure of an adhesive joint with the use of CAE software. The results of an experimental test are used to describe properties of the joint parts. Described herein is the behaviour of a multi-stepping lap joint of metal with a multilayered fibre composite that is often used in the aircraft industry. Modelling of the contact problem between the metal surface and layer of the composite enables determination of the value of the external tensile load at which the process of failure of the joint begins. The author also proposes a simple method to shape solid finite elements which allows the elimination of the singularity around finite element vertices. The method has been applied to numerical analysis of the joint, in which the layers were stacked at various angle orientations. The influence of the step length of the metal part on the joint strength was also considered. The results of numerical analysis were compared with those of experimental investigations of the joint strength, giving satisfactory agreement.

PL

W pracy przedstawiono metodę analizy numerycznej umożliwiającej określenie stopnia zniszczenia połączenia przy użyciu oprogramowania CAE, z wykorzystaniem wyników testów eksperymentalnych. Opisano zachowanie trójstopniowego połączenia zakładkowego metalu z wielowarstwowym kompozytem włóknistym, które jest często wykorzystywane w przemyśle lotniczym. Odwzorowanie zagadnienia kontaktu między powierzchnią metalu i warstwą kompozytu pozwala określić wartość obciążenia zewnętrznego, przy którym rozpoczyna się proces niszczenia połączenia, który jest wywołany rozciąganiem. Zaproponowano sposób ukształtowania bryłowych elementów skończonych, który pozwala wyeliminować nieciągłości występujące w obszarach naroży. Metoda została zastosowana do analizy numerycznej połączenia, w którym wielowarstwowy laminat utworzono z prepregu ułożonego pod różnymi kątami. Przeanalizowano wpływ wymiarów stopnia części metalowej na wytrzymałość połączenia. Wyniki analiz numerycznych porównano z rezultatami badań eksperymentalnych uzyskując zadowalającą zgodność.

Słowa kluczowe

EN

failure; metal-composite bonded joint; finite element method (FEM)

PL

awaria; metalowo-kompozytowe połączenia; metoda elementów skończonych (MES)

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 21, no. 5 (101)
• Strony: 131--134
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Derewońko A.

• Department of Mechanics and Applied Computer Science, Military University of Technology, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Ahn SH, Springer GS. Repair of Composite Laminates, DOT/FAA/AR-00/46, www.tc.faa.gov, 2000.
• 2. Mollenhauer DH, Fredrickson B, Schoeppner G, Iarve EV, Palazotto A. Analysis and Measurement of Scraft-Lap and Step-Lap Joint Repair in Composite Laminates. In: 16th International Conference on Composite Materials, Japan, 2007.
• 3. Duncan B, Crocker L. Failure of flexible adhesive joints. Report MATC(A)36, 2001.
• 4. Godzimirski J. Wytrzymałość doraźna konstrukcyjnych połączeń klejowych. Warszawa WNT, 2002.
• 5. Onkar AK, Upadhyay CS, Yadav D. Probabilistic failure of laminated composite plates using the stochastic finite element method. Composite Structures 2007; 77: 79-91.
• 6. Da Silva LFM, das Neves PJC, Adams RD, Spelt JK. Analytical models of adhesively bonded joints - Part I: Literature survey. International Journal of Adhesion & Adhesives 2009; 29: 319–330.
• 7. Kweon JH, Jung JW, Kim TH, Choi JH, Kim DT. Failure of carbon compositeto-aluminium joints with combined mechanical fastening and adhesive bonding, Composite Structures 2006; 75: 192-198.
• 8. Da Silva LFM, das Neves PJC, Adams RD, Wang A, Spelt JK. Analytical models of adhesively bonded joints—Part II: Comparative study. International Journal of Adhesion & Adhesives 2009; 29: 331–341.
• 9. Barroso A, Paris F, Mantic V. Representativity of the singular stress state in the failure of adhesively bonded joints between metals and composites. Composites Science and Technology 2009; 69: 1746–1755.
• 10. Anyfantis KN. Finite element predictions of composite-to-metal bonded joints with ductile adhesive materials. Composite Structures 2012; 94: 2632–2639.
• 11. SGL CARBON GROUP, Carbon Composites, www.sglcarbon.com, 2000.
• 12. MSC. Marc Volume A: Theory and User Information, Version 2005, The MacNeal-Schwendler Corporation.
• 13. ASTM D4762 - 11a Standard Guide for Testing Polymer Matrix Composite Materials, ASTM International.
• 14. ASTM D3039/D3039M-07 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, ASTM International.
• 15. ASTM D5379/D5379M-98 Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method, ASTM International.
• 16. Piekarski & others, Sprawozdanie końcowe z realizacji pracy badawczej No 4 T12C 010 27, Warszawa, 2007.
• 17. Derewońko A, Godzimirski J, Kosiuczenko K, Niezgoda T, Kiczko A. Strength assessment of adhesive-bonded joints. Computational Materials Science 2008; 43: 157–164.
• 18. Peric DJ, Owen DRJ. Computational Model for 3-D contact problems with friction based on the Penalty Method. Int. J. of Meth. Eng. 1992; 35.