Analiza numeryczna zakładkowego połączenia nitowego płyt CFRP i aluminium występującego w strukturze karoserii pojazdów mechanicznych

• Autorzy: Hufenbach W. , Gude M. , Freund A. , Czulak A.

Warianty tytułu

EN

Simulation of failure behaviour of blind rivet connection in hybrid CFRP/Al - car body structures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Coraz częściej w nowoczesnych strukturach lekkich, np. w budowie pojazdów, wykorzystuje się konstrukcje hybrydowe. Konstrukcje te, składające się z materiałów metalowych oraz anizotropowych materiałów kompozytowych, wymagają nowej koncepcji metody łączenia. W tym kontekście wyjątkowe znaczenie ma odpowiednie zaprojektowanie dopasowanego do obciążenia obszaru połączenia. Projektowanie zakładkowego połączenia nitowego zostało przedstawione za pomocą elementu konstrukcji karoserii samochodu osobowego. Projektowanie dopasowane do występujących obciażeń zostało pokazane z wykorzystaniem modelu symulacyjnego hybrydowego połączenia elementów CFRP i aluminium, który został opracowany i zweryfikowany praktycznie w Instytucie Konstrukcji Lekkich i Tworzyw Sztucznych (ILK) Technische Universität Dresden. Model ten bierze pod uwagę ekstremalne obciążenia termiczno-mechaniczne występujące w procesie wytwarzania, powstające ze względu na dużą różnicę we współczynnikach rozszerzalności cieplnej materiałów składowych. Wyniki obliczeń, jak również opracowany model cząstkowy MES mogły zostać zweryfikowane dzięki przeprowadzonym badaniom eksperymentalnym na specjalnie do tego celu przygotowanym demonstratorze CFRP/Al i pozwoliły na zaprojektowanie termicznie dopasowanych komponentów z CFRP. Ponadto, model cząstkowy jest możliwy do wykorzystania w realistycznej analizie wytężeniowej połączenia nitowego pomiędzy materiałem izotropowym a dowolnym materiałem anizotropowym uwzględniającym występujące obciążenia termiczno-mechaniczne. Jest również praktycznym narzędziem inżynierskim pozwalającym zaoszczędzić czas na modelowanie, obliczenia oraz przeprowadzenie większej ilości badań eksperymentalnych. Dodatkowo, opisana metodyka może być w przyszłości wykorzystana do przyspieszenia obliczeń innych rodzajów połączeń hybrydowych materiałów w konstrukcjach lekkich.

EN

Novel lightweight developments in automobile industry are increasingly completed as hybrid constructions. Modern hybrid concepts, including metallic materials and anisotropic composites require material adapted joining concepts. In this context a special importance is given to the load-adapted design of joining areas. The overlapping area design of blind rivet connections has been presented upon an example of a constructed element car body. This load adapted connection has been designed due to elaborated and practically validated simulation model. Load adapted design such as overlapping areas has been presented due to its own development, practically proofed simulation model of hybrid CFRP/Al shear-field, which are subjected to extreme thermo-mechanical loads for different thermal expansion coefficients during the painting process. Calculation results, and so that developed FE-submodel could have been verified on the basis of carried out experimental research on CFRP/AL-shear field and laid foundations for a design of CFRP-shear field components. This FE-submodel is applicable in realistic deformation and failure analysis of blind rivet connection with any anisotropic join partner under thermo-mechanical loads. It is also a practical engineering-tool which reduces modeling efforts, computing methods and necessary experimental research. Additionally, described methodology can be applied in other join types (rivet, thread, press), offering the acceleration of calculation process in different material adapted connection methods in multimaterial lightweight structures.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; połączenie nitowe; materiał izotropowy; struktury hybrydowe

EN

composite; blind rivet connection; isotropic material; ceramic stirrer; hybrid structures

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 4
• Strony: 423--428
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys.

Twórcy

autor

Hufenbach W.

autor

Gude M.

autor

Freund A.

autor

Czulak A.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), 01062 Dresden, Germany,

Bibliografia

• [1] Haldenwanger H.-G., Modeme Bauweisen und Werkstoffe fűr fertigungsoptimale Karosseriekonzepte; 1. Braunschweiger Symposium Faszination Karosserie DLR, 28.01.2003.
• [2] Cuntze R.G., Freund A., The predictive capability of failure mode concept-based strength criteria for multidirectional laminates, Composites Science and Technology 2004, 64, 343-377.
• [3] Handbookof FE-Software ABAQUS 6.4-1.
• [4] Hahn O., Hufenbach W., Gude M., Klager O., Entwicklung eines Auslegungskonzepts fűr geklebte und genietete CFK/Al-Karosseriestrukturen auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen, 11. Paderbomer Symposium Fugetechnik, 24.-25.11.2004