Experimental and numerical analysis of compression thin-walled composite plates weakened by cut-outs

Falkowicz, K.

doi:10.1515/ace-2017-0047

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Experimental and numerical analysis of compression thin-walled composite plates weakened by cut-outs

Autorzy

Falkowicz K.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2017-0047

Warianty tytułu

Doświadczalno-numeryczna analiza ściskanej cienkościennej płyty kompozytowej osłabionej otworem

Języki publikacji

Abstrakty

Buckling and postbuckling response of thin-walled composite plates investigated experimentally and determinated analytically and numerically is compared. Real dimension specimens of composite plates weakened by cut-out subjected to uniform compression in laboratory buckling tests have been modelled in the finite element method and examined analytically based on P-w2 and P-w3 methods. All results were obtained during the experimental investigations and the numerical FEM analysis of a thin-walled composite plate made of a carbon-epoxy laminate with a symmetrical eight-layer arrangement of [90/-45/45/0]s. The instrument used for this purpose was a numerical ABAQUS® program.

W pracy zajmowano się oryginalną koncepcją płytowego elementu cienkościennego z centralnym wycięciem, do zastosowania jako element sprężysty. Badania obejmowały liniową i nieliniową analizę numeryczną konstrukcji z wykorzystaniem metody elementów skończonych oraz eksperymentalną weryfikację obliczeń MES. Przedmiot badań stanowiła cienkościenna płyta z centralnym prostokątnym wycięciem, wykonana z kompozytu węglowo-epoksydowego. Struktura laminatu złożona była z 8 warstw o jednakowej grubości wynoszącej 0.131 [mm] w symetrycznym układzie warstw względem płaszczyzny środkowej pakietu. Badania prowadzono na płycie kompozytowej o konfiguracji warstw kompozytu [90/-45/45/0]s. Zakres pracy obejmował badania eksperymentalne na rzeczywistej konstrukcji oraz wykonanie symulacji numerycznej z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Analizowano stan krytyczny ściskanej osiowo cienkościennej płyty kompozytowej z centralnym prostokątnym wycięciem, podpartej przegubowo na obydwu końcach oraz rozwiązanie zagadnienia nieliniowej stateczności, w którym obliczenia prowadzono na modelach z zainicjowaną imperfekcją geometryczną odpowiadającą wyższej, giętno-skrętnej postaci wyboczenia konstrukcji.

Słowa kluczowe

thin-walled structure buckling load nonlinear analysis composite experimental investigations FEM finite element method numerical analysis plate with cut-out

konstrukcja cienkościenna obciążenie krytyczne analiza nieliniowa kompozyt badanie eksperymentalne MES metoda elementów skończonych analiza numeryczna płyta z wycięciem

Wydawca

Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej

Czasopismo

Archives of Civil Engineering

Rocznik

2017

Tom

Vol. 63, nr 4

Strony

161--172

Opis fizyczny

Bibliogr. 27 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Falkowicz K.

k.falkowicz@pollub.pl

Lublin University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Lublin, Poland

Bibliografia

1. Abaqus HTML Documentation, 2016.
2. Banat D., Mania R.J., “Comparison of failure criteria application for FML column buckling strength analysis”, Composite Structures 140: 806-815, 2016, http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.01.024.
3. Campbell F.C. “Manufacturing Processes for Advanced Composites” Elsevier Ltd, 2004.
4. Dębski H.,"Experimental investigation post-buckling behaviour of composite column with top-hat cross section", Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability 2: 105-109, 2013.
5. Debski, H.; Sadowski, T., “Modelling of microcracks initiation and evolution along interfaces of the WC/Co composite by the finite element method:, COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE 83: 403-411, 2014.
6. Falkowicz K., Debski H. “Postbuckling Behaviour of Laminated Plates with a Cut-Out”, ADVANCES IN SCIENCE AND TECHNOLOGY RESEARCH JOURNAL 11(1): 186-193, 2017.
7. Falkowicz K., Debski H. “Numerical and Experimental Analysis of Compression Plate with Cut-Out”, Mechanics and Mechanical Engineering 20(2): 167-175, 2016.
8. Falkowicz, K., Ferdynus, M., Dębski, H., "Numerical analysis of compressed plates with a cut-out operating in the geometrically nonlinear range", EKSPLOATACJA I NIEZAWODNOSC-MAINTENANCE AND RELIABILITY, 17(12): 222–235, 2015.
9. Falkowicz K., Mazurek P., Różyło P., Wysmulski P., Smagowski W., “Experimental and numerical analysis of the compression thin-walled composite plate”, ADVANCES IN SCIENCE AND TECHNOLOGY RESEARCH JOURNAL 31(10): 177-184, 2016.
10. Falkowicz K., Ferdynus M., Wysmulski P., “FEM analysis of critical loads plate with cut-out”, APPLIED COMPUTER SCIENCE 2(11):43-49, 2015.
11. Falkowicz K., Ferdynus M., Dębski H., “Numerical analysis of compressed plates with a cut-out operating in the geometrically nonlinear range”, EKSPLOATACJA I NIEZAWODNOSC-MAINTENANCE AND RELIABILITY - 2015, 2(17): 222-227, 2015.
12. Jain, P., Kumar, A., "Postbuckling response of square laminates with a central circular cutout", Composite Structures, 65, p.179–185, 2004.
13. Kahn-Jetter ZI., Chu TC., "Three-dimensional displacement measurements using digital image correlation and photogrammic analysis", Exp Mech 30(1):10-6, 1990.
14. Klepka, T.; Debski, H.; Rydarowski, H., “Characteristics of high-density polyethylene and its properties simulation with use of finite element method”, POLIMERY 54(9): 668-672, 2009.
15. Kołakowski Z., Kowal-Michalska K., editors, "Selected problems of instabilities in composite structures", a series of monographs, Technical University of Lodz Press, 1999.
16. Kubiak T., "Static and dynamic buckling of thin-walled plate structures", Springer, Verlag, London, 2013.
17. Kumar, D. and Singh, S. B., "Effects of boundary conditions on buckling and postbuckling responses of composite laminate with various shaped cutouts", Composites Structures, 92, p.769–779, 2010.
18. Luo PF, Chao YJ, Sutton MA, Peters III WH, "Accurate measurement of three-dimensional deformations in deformalble and rigid bodies using computer vision", Exp Mech 33(2):123-32, 1993.
19. Mason K. Autoclave Quality Outside The Autoclave?, High Performance Composites 3/1/2006.
20. Paszkiewicz M., Kubiak T., "Selected problems concerning determination of the buckling load of channel section beams and columns", Thin-Walled Structures, vol. 93, p.112-121, 2015.
21. Rozylo P., Wrzesinska K., „Numerical analysis of the behavior of compressed thin-walled elements with holes”, Advances in Science and Technology Research Journal 10(31): 199-206, 2016.
22. Rudawska, A., Debski, H., ”EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSIS OF ADHESIVELY BONDED ALUMINIUM ALLOY SHEETS JOINTS EKSPLOATACJA I NIEZAWODNOSC-MAINTENANCE AND RELIABILITY 1: 4-10, 2011.
23. Shah A.A, Ribakov Y., "Recent trends in steel fibered hihg-strenght concrete", Mater Des 32:4122-51, 2011.
24. Sobczyk B., Miskiewicz M. ”FRP laminates in construction - material characteristics and design aspects”, Building Materials (in polish) 4 (512): 74-75, 2015.
25. Timoshenko S., Woinowsky-Krieger S., "Theory of plates and shells", McGraw-Hill, New York, 1959.
26. Rozylo P., Teter A., Dębski H., Wysmulski P., Falkowicz K., “Experimental and Numerical Study of the Buckling of Composite Profiles with Open Cross Section under Axial Compression”, Applied Composite Material 24(5): 1251-1264, 2017.
27. Zangenberg J., Brondsted P., Koefoed M., "Design of a fibrous composite preform for wind turbine rotor blades", Mater Des 56:635-41, 2014.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-ad675df4-0ea9-444b-aa70-ae83cb7e6f5b