Numerical modelling and simulation of RN-B composite joint tensile test and experimental validation

• Autorzy: Klasztorny M. , Bondyra A. , Romanowski R. , Nycz D. , Gotowicki P.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne i symulacja próby rozciągania złącza kompozytowego NN-S oraz walidacja eksperymentalna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study develops the numerical modelling of a single rivetnut-bolt single-lap joint (RN-B) with in-plane and out-of-plane technological clearances, applied to joining longitudinal flanges of glass-polyester composite segments of tank covers. 3D modelling has been developed to simulate the RN-B joint tensile test aimed at determining the translational stiffness coefficients of the joint. Next, approximate 2D modelling of the RN-B joint tensile test has been developed using the translational stiffness coefficients (from 3D modelling and simulation), selected shell elements and the bushing-type bar element. The experimental validation test related to the RN-B joint tensile test has been examined up to full loss of load capacity. It has been proved that the translational stiffness coefficients in the elastic range (before joint failure) can be predicted correctly for a 3D joint model. The predicted stiffness coefficients can be applied in 2D modelling for the connections of shell segment flanges having the same stacking sequence of laminas. This approach is useful in engineering calculations and the design of glass-polyester laminate tank covers.

PL

W pracy rozwinięto modelowanie numeryczne pojedynczego złącza jednozakładkowego nitonakrętka - śruba (NN-S) z luzami technologicznymi w płaszczyźnie złącza i prostopadle do płaszczyzny złącza, stosowanego do łączenia wzdłużnych kołnierzy segmentów kompozytowych poliestrowo-szklanych przekryć zbiorników. Opracowano modelowanie 3D do symulacji próby rozciągania złącza NN-S w celu określenia sztywności translacyjnych złącza. Następnie opracowano modelowanie uproszczone 2D złącza NN-S z wykorzystaniem wymienionych sztywności, elementów powłokowych i elementu prętowego typu bushing. Przeprowadzono test eksperymentalny walidacyjny rozciągania badanego złącza aż do całkowitej utraty nośności. Wykazano, że sztywności translacyjne złącza NN-S w zakresie sprężystym (przed zniszczeniem złącza) można poprawnie prognozować z modelu 3D, a następnie stosować je w modelowaniu 2D połączeń kołnierzy o analogicznej sekwencji warstw 2D powłokowych modeli segmentów przekryć kompozytowych poliestrowo-szklanych.

Słowa kluczowe

EN

polymer-matrix composite cover; rivetnut-bolt single-lap joint; technological clearances; tensile test; translational stiffness coefficients; 3D modelling; 2D modelling; simulation; experimental validation; MSC.Marc system

PL

przekrycie kompozytowe; złącze jednozakładkowe nitonakrętka-śruba; luzy technologiczne; test rozciągania; sztywności translacyjne; modelowanie 3D; modelowanie 2D; symulacja; walidacja eksperymentalna; system MSC.Marc

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 3
• Strony: 198--204
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klasztorny M.

autor

Bondyra A.

autor

Romanowski R.

autor

Nycz D.

autor

Gotowicki P.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics ad Applied Computer Science, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] McCarthy M.A., McCarthy C.T., Lawlor V.P., Stanley W.F., Three-dimensional finite element analysis of single-bolt, single-lap composite bolted joints: Part I - model development and validation, Composite Structures 2005, 71, 140-158.
• [2] McCarthy C.T., McCarthy M.A., Three-dimensional finite element analysis of single-bolt, single-lap composite bolted joints: Part II - effects of bolt-hole clearance, Composite Structures 2005, 71, 159-175.
• [3] Gray P.J., McCarthy C.T., A global bolted joint model for finite element analysis of load distributions in multi-bolt composite joints, Composites: Part B 2010, 41, 317-325.
• [4] McCarthy C.T., Gray P.J., An analytical model for the prediction of load distribution in highly torque multi-bolt composite joints, Composite Structures 2011, 93, 287-298.
• [5] Ireman T., Three-dimensional stress analysis of bolted single-lap composite joints, Composite Structures 1998, 43, 195-216.
• [6] http://www.wasi.de/uploads/tx_smallwebfiledownload/Prod uktkatalog_NORM_polnisch_2011.pdf
• [7] Marc 2008 r1, Vol. B, Element Library, MSC.Software Co., Santa Ana, CA, USA.
• [8] Marc 2008 r1, Vol. A, Theory and User Information, MSC.Software Co., Santa Ana, CA, USA.
• [9] Jones R.M., Mechanics of Composite Materials, Taylor & Francis, London 1999.