Static and dynamic testing of textile-reinforced composite compliant structures under shear-force-free bending load

• Autorzy: Modler N. , Modler K. H. , Hufenbach W. A. , Jaschinski J. , Zichner M. , Heber T. , Winkler A.

Warianty tytułu

PL

Statyczne i dynamiczne badania włóknistych kompozytowych struktur podatnych siłą ścinającą bez zginania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High-performance applications in mechanical engineering and vehicle construction increasingly have to fulfil high demands concerning passenger comfort and the conservation of natural resources. Therefore, lightweight structures made of textile-reinforced composites exhibit a considerable application potential due to their inherently wide-ranging ability for function integration and design freedom. Additionally, the use of so-called compliant elements with specifically adjustable compliances offers the possibility to transmit motions simply by means of structural deformations. For the investigation of the deformation behaviour of such composite compliant hinge mechanisms as well as for the analysis of anisotropism-related coupling effects of multilayered composites, bending free of shear force can be used advantageously. This paper makes a contribution to the efficient cyclic testing of textile-reinforced compliant structures. Thus, a novel kinematic test rig has been developed, which can be utilized for the static and dynamic bending tests of composite (strip shaped) beam specimens. The main unit is a multifunctional six-membered linkage that allows a moment's application free of shear force by providing a pure bending load. The design studies mainly focus on the mechanical adaptation of an appropriate mathematical characterized mechanism to the trajectory of the movable restraint point. Furthermore, basic test results in consideration of the moment, force, and deformation of textile-reinforced compliant hinges are shown and evaluated with the help of computer tomography.

PL

Obecnie zaawansowane technologicznie aplikacje w budowie maszyn i pojazdów w coraz większym stopniu muszą spełniać wysokie wymagania dotyczące komfortu i ochrony zasobów naturalnych. W związku z tym konstrukcje lekkie z kompozytów włóknistych dzięki zdolności do integracji funkcji oraz dużej swobody projektowania posiadają znaczny potencjał aplikacyjny. Dodatkowo, zastosowanie tzw. "compliant elements" - elastycznych elementów ze specjalnie regulowaną podatnością oferuje możliwość generowania ruchu tylko przez odkształcenie strukturalne. Do badania zachowania odkształcenia tych elastycznych, kompozytowych zawiasów złączowych, a także do analizy anizotropii związanych z efektami sprzężenia wielowarstwowych kompozytów może być z powodzeniem stosowane zginanie bez sił ścinających. Przedstawiona praca wnosi wkład w rozwój badań zmęczeniowych elastycznych struktur kompozytowych wzmocnionych włóknami. W celu przeprowadzenia statycznych i dynamicznych badań zginania kompozytowych próbek płaskich opracowano nowe kinematyczne stanowisko badawcze. Jednostka główna jest wielofunkcyjnym, sześcioczłonowym mechanizmem, który zapewnia czyste zginanie bez występowania sił pochodzących od ścinania. Przedstawione prace projektowe koncentrują się głównie na mechanicznym dostosowaniu opisu matematycznego mechanizmu w odniesienu do trajektorii ruchomego punktu utwierdzenia. Ponadto, wyniki pierwszych badań z uwzględnieniem momentu, siły oraz odkształcenia wzmocnionych włóknami elastycznych zawiasów złączowych zostały zaprezentowane i zweryfikowane za pomocą tomografii komputerowej.

Słowa kluczowe

EN

textile-reinforced composites; compliant hinge mechanisms; cyclic testing

PL

kompozyty włókniste wzmacniane tkaninami; mechanizmy podatne; badania zmęczeniowe

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 4
• Strony: 352--356
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Modler N.

autor

Modler K. H.

autor

Hufenbach W. A.

autor

Jaschinski J.

autor

Zichner M.

autor

Heber T.

autor

Winkler A.

• Technische Universität Dresden, Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK), Holbeinstrasse 3, D-01307 Dresden, Germany,

Bibliografia

• [1] Panda B., Dutta A., Design of a partially compliant crank rocker mechanism using ionic polymer metal composite for path generation, Materials and Design 2010, 31, 2471-2477.
• [2] Wang M.Y., Chen S., Compliant mechanism optimization: Analysis and design with intrinsic characteristic stiffness, Mechanics Based Design of Structures and Machines 2009, 37, 2, 183-200.
• [3] Hufenbach W., Gude M., Modler N., Heber T., Winkler A., Friedrich J., Processing studies for the development of a robust manufacture process for active composite structures with matrix adapted piezoceramic modules, Kompozyty (Composites) 2009, 9, 2, 133-137.
• [4] Hufenbach W., Gude M., Analysis and optimisation of multi-stable composites under residual stresses, Composite Structures 2002, 55, 319-327.
• [5] Hufenbach W., Jaschinski J., Weber T., Weck D., Numerical and experimental investigations on HYLITE sandwich sheets as an alternative sheet metal, Archives of Civil and Mechanical Engeneering 2008, 2, 67-80, VIII, Wroclaw.
• [6] Gere J.M., Mechanics of Materials, 5th edition, Brooks/Cole 2001.
• [7] Modler N., Modler K.-H., Hufenbach W., Gude M., Jaschinski J., Zichner M., Lovasz E.-C., Margineanu D., Perju D., Cyclic test of textile-reinforced composites in compliant hinge mechanisms, EUCOMES 2010 - 3rd European Conference on Mechanism Science, Cluj Napoca, 14.-18.09.2010.
• [8] Modler N., Nachgiebigkeitsmechanismen aus Textilverbunden mit integrierten aktorischen Elementen, Dissertation, TU, Dresden 2008.
• [9] Luck K., Modler K.-H., Getriebetechnik Analyse, Synthese, Optimierung, Akademie-Verlag, Berlin 1990.