Numeryczne modelowanie właściwości materiałów konstrukcyjnych na przykładzie fragmentu łopaty śmigłowca

• Autorzy: Dębski H. , Bieniaś J.

Warianty tytułu

EN

Numerical modelling of composite structures properties for example of a part in helicopter blade

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaprezentowano przykłady numerycznego modelowania właściwości materiałów konstrukcyjnych z wykorzystaniem metody elementów skończonych na przykładzie fragmentu konstrukcji łopaty śmigłowca (struktura hybrydowa). Prowadzona analiza numeryczna miała na celu wyznaczenie stanu odkształcenia konstrukcji oraz określenia rozkładów naprężeń w podstawowych elementach cienkościennego ustroju nośnego. Zastosowanym do obliczeń narzędziem numerycznym był program Abaqus/Standard, umożliwiający modelowanie różnych rodzajów materiałów, w tym kompozytów, oraz prowadzenie obliczeń z uwzględnieniem zagadnień geometrycznie i fizycznie nieliniowych. Zaprezentowany w pracy sposób modelowania właściwości materiałowych złożonych struktur z elementami kompozytowymi umożliwia przeprowadzenie analizy stopnia odkształcenia i wytężenia konstrukcji w warunkach złożonych obciążeń zewnętrznych. Przeprowadzone obliczenia numeryczne umożliwiły identyfikację charakteru obciążenia poszczególnych elementów konstrukcji łopaty. Otrzymane wyniki wykazały, że najbardziej wytężonymi elementami struktury są elementy wykonane z materiałów kompozytowych, a w szczególności elementy dźwigara oraz poszycia. Natomiast materiały wypełnienia, w obszarze których otrzymano niskie poziomy naprężenia, spełniają jedynie rolę usztywniającą strukturę łopaty. Zaprezentowane obliczenia numeryczne stanowią nowoczesne podejście w procesie projektowania oraz analizy lotniczych struktur nośnych, stanowiących hybrydowe układy materiałowe.

EN

In this paper was presented examples of numerical modeling properties of construction materials by using a FEM and an example of a part of helicopter blade construction (hybrid structure). Numerical analysis, which was carried out, have had an issue to assign a state of strain construction and to define reduced stress pattern in basic elements in thin-walled load carrying structure. A numerical tool, which was using, was a program Abaqus/Standard. It was possible to modelling a different kind of materials in this case of composites and to run calculations with allowing for geometric and physics non-linear problems. This paper was shown a way of modelling material properties in complex structures with composite elements. It was allowed to carry out degree analysis in deformations and efforts in construction of external load conditions complex. Numerical calculations were given to identify a character of loads in different parts of blade construction. The results were shown, that the most effort elements of the structure were elements, which were made of composites especially the elements of spar and skin. However a filling of materials in an area where the low level of stresses was received, realized only a role in stiffening of blade structure. Numerical calculations represents a new approach to process of projecting and analysis in aviation load carrying structure, which are made of a hybrid materials.

Słowa kluczowe

PL

laminaty; konstrukcja cienkościenna; metoda elementów skończonych; modelowanie numeryczne; kompozyt

EN

laminates; thin-walled structure; FEM; numerical modelling; composite

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 2
• Strony: 170--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dębski H.

autor

Bieniaś J.

• Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin,

Bibliografia

• [1] Baker A., Dutton S., Donald Kelly D., Composite materials for aircraft structures, American Institute of Aeronautics and Astronautics, USA 2004.
• [2] Campbell F.C., Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials, Elsevier 2006.
• [3] www.hexcel.com, styczeń 2010.
• [4] www. rohacell.com, styczeń 2010.
• [5] Freeman W.T., The use of composites in aircraft primary structure, Composites Engineering 1993, 3, 767-775.
• [6] Abaqus Theory Manual version 5.8, Hibbit, Karlsson & Sorensen 1998.
• [7] Abaqus/Standard User’s Manual version 6.5, Hibbit, Karlsson& Sorensen, 2005.
• [8] Alfano G., Crisfield M. A., Finite element interface models for the delamination analysis of laminated composites: mechanical and computational issues, International Journal for Numerical Methods in Engineering 2001, 50, 1701-1736.
• [9] Aceves C.M., Skordos A.A., Sutcliffe M.P.F., Design selection methodology for composite structures, Materials & Design 2008, 29,418-426.
• [10] Rusiński E., Czmochowski J., Smolnicki T., Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach nośnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
• [11] Hyla I., Śledziona J., Kompozyty, Elementy mechaniki i projektowania, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
• [12] Miracle D.P., Donaldson S.L. (eds), ASM Handbook, Vol. 21 Composites, ASM International 2001.
• [13] Swanson S.R., Introduction to Design and Analysis with Advanced Composite Materials, Prentice-Hall, 1997.
• [14] Tenek L.T., Argyris J., Finite Element Analysis of Composite Structures, Kluwer 1998.
• [15] Tsai S.W., Introduction to Composite Materials, Technomic, 1980.