Numeryczna analiza wytrzymałości hybrydowych kompozytów warstwowych

• Autorzy: Godzimirski J. , Pietras A.

Warianty tytułu

EN

Numerical calculation of strength of hybrid laminar composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty typu FML to laminaty zbudowane z łączonych adhezyjnie cienkich warstw metalowych i kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami. Przeprowadzono analizy numeryczne, których celem było oszacowanie wpływu sposobu obciążenia takich materiałów na ich wytrzymałość oraz możliwości kształtowania części z nich metodą gięcia. Zniszczenie hybrydowych kompozytów warstwowych może polegać na przekroczeniu wytrzymałości doraźnej któregoś komponentu lub delaminacji spowodowanej odrywaniem lub ścięciem międzywarstwowym połączenia adhezyjnego. W obliczeniach numerycznych uwzględniono ortotropowe właściwości komponentu kompozytowego i sprężysto-plastyczne komponentu metalowego oraz siły adhezji między łączonymi warstwami badanego materiału. Niezbędne do obliczeń stałe materiałowe wyznaczono eksperymentalnie dla kompozytu typu Glare (adhezyjnie połączone warstwy stopu aluminium oraz kompozytu szklano-epoksydowego). Eksperymentalnie wyznaczono również wytrzymałość na odrywanie kompozytu szklano-epoksydowego od stopu aluminiowego, a na podstawie danych literaturowych oszacowano wytrzymałość na ścinanie syciwa epoksydowego. Analizowano naprężenia w kompozycie warstwowym obciążonym poprzez rozciąganie, zginanie oraz skręcanie. Stwierdzono, że przy skręcaniu takiego materiału może wystąpić zniszczenie polegające na delaminacji oraz że po przekroczeniu granicy plastyczności komponentu metalowego w trakcie rozciągania, obciążenia przenoszone są głównie przez komponent kompozytowy. Z obliczeń numerycznych wynika również, że praktycznie nie ma możliwości kształtowania części z materiałów typu Glare metodą gięcia. Na podstawie przeprowadzonych analiz można również stwierdzić, że modelowanie w obliczeniach numerycznych części wykonanych z kompozytów warstwowych elementami powłokowymi nie pozwala uwzględnić wszystkich mechanizmów możliwych zniszczeń takich materiałów.

EN

FML composites are laminates made of adhesively joined thin metal layers and reinforced with fibers composites polymers layers. Aim of numerical analysis was to estimate loading effect on strength of these materials and opportunities to change their shape with bending method. Hybrid composite can be destructed when ultimate strength would exceed in one of components or delamination caused tensile or interlayer shear of adhesive bonds. Conducted numerical analysis considered orthotropic composite properties, elastic-plastic metal properties and adhesive strength between surfaces of researched material. Composite Glare type (adhesively joined layers of aluminum alloy and glass-epoxy composite) properties (materials constants) were experimentally tested. Tensile strength of adhesive bond between glass-epoxy composite and metal alloy layers was experimentally determined as well. Shear strength of epoxy impregnate was taken from the literature. The stresses has been analysed in laminar composite loaded by tensile, bending and torsion. Analysis of torsion showed that dealmination between FML layers can be the result of destruction. The tensile analysis showed that if the stress in metal exceeds the yield point, the loads are transformed mainly by composite layers. Numerical calculations showed that Glare type composite cannot be formed by bending. Additionally, it may be concluded that numerical analysis, where FML type composites are modelled using only shell elements, does not reveal all their destruction mechanisms.

Słowa kluczowe

PL

hybrydowe kompozyty warstwowe; mechanizm niszczenia; możliwości obciążania

EN

fibre metal laminates; manner of failure; possibility of loading

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 61, nr 3
• Strony: 129--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Godzimirski J.

autor

Pietras A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Instytut Techniki Lotniczej, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2,

Bibliografia

• [1] B. Surowska, Materiały funkcjonalne i złożone w transporcie lotniczym, Maintenance and Reliability, 3, Polska, 2008.
• [2] A. Vlot, Fibre Metal Laminats; an introduction, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2001.
• [3] A. Vlot, Glare history of the development a new aircraft material, Kluwer Academic Publishers, New York, 2004.
• [4] R. C. Alderliesten, R. Benedictus, Fiber/Metal Composite Technology for future Primary Aircraft Structures, 48 AAA/ASME/AS CE/AHS/AS C Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Hawaii, April 2007.
• [5] R. M. Frizzell, C. T. McCarthy, M. A. McCarthy, Predicting the effects of geometry on the behaviour of fibre metal laminate joints, Composite Structures, University of Limerick, Irlandia, 2011.
• [6] C. D. Rans, R. C. Alderliesten, R. Benedictus, Predicting the influence of temperature on fatigue crack propagation in Fibre Metal Laminates, Engineering Fracture Mechanics, University of Delft, Delft, Holandia, 2011.
• [7] S. U. Khan, R. C. Alderliesten, R. Benedictus, Delamination in Fiber Metal Laminates (GLARE) during fatigue crack growth under variable amplitude loading, International Journal of Fatigue, Delft University of Technology, Holandia, 2011.
• [8] S. Sugiman, A. D. Crocombe, K. B. Katnam, Investigating the static response of hybrid fibre-metal laminate doublers loaded in tension, Composites: Part B, Irlandia, 2011.
• [9] J. Godzimirski, A. Pietras, Identyfikacja stałych materiałowych hybrydowych kompozytów typu Fibre Metal Laminat z wykorzystaniem metody homogenizacji, Problemy Mechatroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa, 2011.
• [10] S. Ochelski, Metody doświadczalne mechaniki kompozytów konstrukcyjnych, WNT, Warszawa, 2004.
• [11] P. Wierzbicki, Badania przydatności syciwa L418 do klejenia metali, praca inżynierska WAT, 2011.
• [12] J. Kubissa, Problemy wyznaczania nośności klejonych połączeń metali, Inżynieria i Budownictwo, 453-454, 8-9, 1982, 169-171.
• [13] J. Godzimirski, Określanie naprężeń w spoinach klejowych metodą elementów skończonych, Biul. WAT, 399, 11, 1985, 77-81.
• [14] A. Jakubowicz, Z. Orłoś, Wytrzymałość materiałów, WNT, Warszawa, 1984.