Model analityczny efektu samorozgrzania w płytach prostokątnych z laminatów polimerowych podczas gnących obciążeń harmonicznych

• Autorzy: Katunin A.

Warianty tytułu

EN

Analytical model of the self-heating effect in polymeric laminated rectangular plates during bending harmonic loading

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Efekt samorozgrzania, spowodowany dyssypowaną energią podczas drgań niewspółfazowych pomiędzy amplitudami naprężeń i odkształceń, jest ważnym zjawiskiem w laminatach polimerowych. Wzrost temperatury samorozgrzania w laminatach polimerowych może być niebezpieczny podczas eksploatacji, gdyż większość polimerów cechuje się niską temperaturą zeszklenia i jednocześnie niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła. Powoduje to kumulowanie ciepła w strukturze i obniżenie właściwości materiałowych laminatu. Z tego względu zachowanie laminatów polimerowych podczas procesu samorozgrzania powinno być zbadane. W niniejszym artykule rozpatrzono efekt samorozgrzania laminatowych płyt prostokątnych poddanych prostemu zginaniu podczas harmonicznych obciążeń wymuszonych jako zadanie dwuwymiarowe. Rozpatrzono cztery przypadki prostego zginania płyt z różnymi warunkami brzegowymi. Rozwiązanie zagadnienia otrzymano dla termicznego stanu ustalonego i przedstawiono w postaci podwójnych nieskończonych szeregów trygonometrycznych. Pokazano przykłady obliczeń numerycznych dla badanych przypadków oraz zbadano wpływ parametrów obciążenia na wartości temperatury samorozgrzania.

EN

Self-heating effect, caused by energy dissipation during out-of-phase oscillations between stress and strain amplitudes, is an important phenomenon in polymer-based laminates. An increase of self-heating temperature in polymer-based laminates can be dangerous, because most polymers feature low glass-transition temperature and simultaneously low heat transfer coefficient. It causes the accumulation of heat the decreases of the material properties of the laminate. Therefore, the behaviour of polymer-based laminates during self-heating should be examined. In this paper the self-heating effect in laminated rectangular plates subjected to pure bending during harmonic forced loading was examined as a two-dimensional problem. In the examination four cases of pure bending of plates with different mechanical boundary conditions were considered. The examination revealed a solution of the problem for the thermal steady state and presented as double trigonometric infinite series. Numerical examples of temperature distribution were shown and the influence of loading parameters on self-heating temperature values was concluded.

Słowa kluczowe

PL

laminat polimerowy; efekt samorozgrzania; dyssypacja energii

EN

laminates exploitation; self-heating effect; energy dissipation

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 4
• Strony: 91--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Katunin A.

• Department of Fundamentals of Machinery Design Silesian University of Technology Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• 1. Adzima B J, Kloxin C J, Bowman C N. Externally triggered healing of a thermoreversible covalent network via self-limited hysteresis heating. Advanced Materials 2010, early view.
• 2. Boyarov A N. Mechanism of formation and protection from spontaneous ignition of the pyrophoric sedimentations in vertical reservoirs [in Russian]. Ufa: PhD Thesis, 2010.
• 3. Dinzart F., Molinari A., Linear stability analysis for thermoviscoplastic material under cyclic axial loading. Continuum Mechanics and Thermodynamics 2005; 17: 83-99.
• 4. Dinzart F., Molinari A., Herbach R., Thermomechanical response of viscoelastic beam under cyclic bending; self-heating and thermal failure. Archives of Mechanics 2008; 60(1): 59-85.
• 5. Galitsyn A S, Zhukovskiy A N. Integral transformations and special functions in problems of heat conduction [in Russian]. Kiev: Naukova Dumka, 1976.
• 6. Jones R M. Mechanics of composite materials. Philadelphia: Taylor & Francis, 1999.
• 7. Karnaukhov V G, Senchenkov I K. Thermomechanical behavior of a viscoelastic finite circular cylinder under harmonic deformations. Journal of Engineering Mathematics 2003; 46: 299-312.
• 8. Katunin A., Self-heating effect in laminate plates during harmonic forced loading. Scientific Problems of Machine Operation and Maintenance 2009; 44(2): 73-84.
• 9. Katunin A., Influence of self-heating temperature on the fatigue strength of a plate made of laminated polymeric composite. International Applied Mechanics 2009; 45(3): 342.
• 10. Katunin A., Moczulski W., Ocena zachowania belki kompozytowej podczas przejścia oraz po przejściu temperatury zeszklenia. Materiały VII Konferencji Naukowo-Praktycznej „Energia w Nauce i Technice” 2008; Suwałki, 241-251.
• 11. Katunin A., Moczulski W., The conception of a methodology of degradation degree evaluation of laminates. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2009; 41(1): 33-38.
• 12. Kącki E., Równania różniczkowe cząstkowe w zagadnieniach fi zyki i techniki. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1989.
• 13. Kessler M R. Self-healing: A new paradigm in materials design. Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Part G, Journal of Aerospace Engineering 2007; 221(4): 479-495.
• 14. Kucher N K, Karnaukhov V G. Thermomechanical behavior of a viscoelastic prism subjected to cyclic loading. Problemy Prochnosti 1981; 8: 58-62.
• 15. Leissa A W. Vibration of plates. Washington D.C.: NASA SP, 1969.
• 16. Minenkov B V, Stasenko I V. Strength of elements made of plastics [in Russian]. Moscow: Mashinostroenie, 1977.
• 17. Niezgodziński M E, Niezgodziński T. Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1996.
• 18. Ramkumar A, Kannan K. Gnanamoorthy R., Experimental and theoretical investigation of a polymer subjected to cyclic loading conditions. International Journal of Engineering Science 2010, 48: 101-110.
• 19. Ratner S B, Korobov V I. Self-heating of plastics during cyclic deformation. Mekhanika Polimerov 1965; 1(3): 93-100.
• 20. Samborsky D D, Mandell J F. Fatigue resistant fi berglass laminates for wind turbine blades. ASME Wind Energy Symposium, ASME 1996, 46-51.
• 21. Senchenkov I K, Karnaukhov V G. Thermomechanical behavior of nonlinearly viscoelastic materials under harmonic loading. International Applied Mechanics 2001; 37(11): 1400-1432.
• 22. Senchenkov I K, Kirichok I F. Forced nonlinear vibrations and dissipative heating of a viscoelastic beam. Prikladnaya Mekhanika 1987; 23(1): 91-97.
• 23. Senchenkov I K, Karnaukhov V G, Kozlov V I. Toward a theory of governing equations of thermoviscoelasticity for periodic deformation. Prikladnaya Mekhanika 1986; 22(8): 97-104.
• 24. Senchenkov I K, Kozlov V I, Yakimenko S N, Nesterenko N P. Calculation of the plane vibration and vibrational heating of plates of variable thickness. Prikladnaya Mekhanika 1992; 28(5): 64-69.
• 25. Senchenkov I K, Zhuk Ya A, Karnaukhov V G. Modeling the thermomechanical behaviour of physically nonlinear materials under monoharmonic loading. International Applied Mechanics 2004, 40(9): 943-969.