Ciśnieniowe badania kompozytowych próbek rurowych wykonanych metodą wyplatania

• Autorzy: Błażejewski W. , Czulak A. , Gąsior P. , Pawlak T. , Hufenbach W.

Warianty tytułu

EN

Pressure tests of composite braided tube specimens

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono badania kompozytowych próbek rurowych wykonanych z materiału ES (kompozyt epoksydowo-szklany) przy użyciu metody splatania. Metoda ta jest alternatywą do klasycznej metody nawijania i pozwala na wykonanie materiału wzmocnionego włóknem pod dowolnym kątem w zakresie od 5 do 86°. Jednak ta nowa technika układania wzmocnienia nie jest szeroko stosowana, m.in ze względu na brak dokładnych analiz wytrzymałościowych gotowych struktur. Celem podstawowym badań było przeprowadzenie eksperymentu i późniejsze wykonanie symulacji MES. Badano próbki z ułożeniem wzmocnienia pod kątem 30, 45 i 60°. Jako medium wywierające ciśnienie użyto ściskanego osiowo stosu krążków gumowych wewnątrz próbek rurowych. Zastosowanie gumy pozwoliło na znaczne skrócenie czasu badań. W czasie badań mierzono siłę ściskającą (ciśnienie), przemieszczenie tłoczków oraz odkształcenie obwodowe próbki kompozytowej. Z uwagi na duże odkształcenia na powierzchni próbek (dochodzące do kilku procent) zastosowane zostały światłowodowe czujniki odkształceń w postaci światłowodowych siatek Bragga. Pozwoliło to zmierzyć bardzo dokładne przebiegi odkształceń i naprężeń w badanym materiale kompozytowym w zakresach, które były nieosiągalne dla klasycznych tensometrów oporowych. Otrzymane dane w przyszłości umożliwią przeprowadzenie planowanych symulacji komputerowych.

EN

In the present paper tests of composite tube specimens made from glass-epoxy composite by braiding method are presented. That technique is an alternative one to the classical winding method and allows realization of reinforcement layer at an any angle in a range from 5° to 86°. However, because there are not precise strength analysis of finished structures, that new method is not a widespread. A main target of presented research was to carry out an experiment and prepare FEM analysis to compare obtained results. Three different tube types were tested: 30, 45 and 60°. They were differ from each other only by an angle of reinforcement. As a working medium a heap of rubber disks inside a specimen was applied. Application of rubber disks allowed to short an experiment duration. During the test a compressive force (pressure), displacement of pistons as well as deformation (strain) in circumferential direction were measured. Because of large deformation on the outer surface of specimens (even few percents) Fiber Bragg Gratings for strain measurements were used. It let to perform strain measurement very precisely in a range which was not possible to obtain by classical method (electric resistance wire strain gauge). Obtained test results will be very useful to realize FEM analysis in a nearest future. Fiber optic sensor technology offers the possibility of implementing "nervous systems" for infrastructure elements that allow health and damage assessment. Fiber Bragg Gratings used in measurements give information on local strain values of the composite specimens caused by internal pressure. It also makes possible to detect and monitor damages in a composite structure. The sensor system should ensure the assessment of the safety condition of the monitored object during production, long-term operation and periodic checks. Optical fiber sensor systems with Bragg gratings belong to the class of sensors where the measurement of the physical phenomenon causes the modulation of the light wavelength. The advantages of those solutions arise from properties of the optical fiber. The Bragg gratings sensors systems are easy to integrate with the composite material structures, and because of their spark-safety and first of all high sensitivity in wide measurement range as well as insensitiveness on the external electromagnetic field are particularly suitable for different types of applications, also in so called "smart materials". The basic principles of FBG sensors applications is a linear relation between wavelength B on external variables like temperature and strain. The key question in the case of using FBG for monitoring the level of strain of composite layers is such an arrangement of sensors that it would be possible to monitor deformation of the object under examination in critical points of the structure. In the present paper sensors were installed on the outer surface of the composite tube specimens to measure its local deformations.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt wyplatany; metoda splatania; czujnik światłowodowy; FBG; NDT; właściwości mechaniczne; badanie ciśnieniowe; próbka rurowa

EN

braided composite; braided method; optical fiber sensor; FBG; NDT; mechanical properties; pressure test; GFRC; glass fibre reinforced composite; tube specimen

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 3
• Strony: 291--296
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Błażejewski W.

autor

Czulak A.

autor

Gąsior P.

autor

Pawlak T.

autor

Hufenbach W.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, ul. Smoluchowskiego 25, 50-370 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Błażejewski W., Gasperowicz A., Gąsior P., Kaleta J., Kompozytowe zbiorniki dla CNG i wodoru, wymogi homologacyjne i metody badań, Czas na Gaz 2006, 19, XI-XII.
• [2] Soden P.D., Kitching R., Tse P.C., Tsavalas Y., Hinton M.J., Influence of winding angle on the strength and deformation of filament-wound composite tubes subjected to uniaxial and biaxial loads, Composites Science and Technology 46, 363-378.
• [3] Peters S.T., Handbook of Composites, 2. ed., Chapman & Hall, London.
• [4] Hufenbach W., Böhm R., Kroll L., Czulak A., Braided composite pipe elements for applications in chemical apparatus engineering, 15th International Conference on Composite Materials (ICCM-15), Durban 27.6.-1.7.2005, auf CD-ROM.
• [5] Czulak A., Hufenbach W., Błażejewski W., Gąsior P., Badania porównawcze kompozytowych próbek rurowych, XXIII Sympozjum Mechaniki Eksperymentalnej Ciała Stałego, Jachranka 2008.
• [6] Yu F., Yin S., Fiber Optic Sensors, Marcel Dekker, Inc., New York 2002.
• [7] Błażejewski W., Gąsior P., Kaleta J., Sankowska A., Optical fiber sensors integrated with composite material based constructions, Proc. SPIE 6608 - Lightguides and Their Applications III, 660802, 2007.