Investigation of axial crushing behaviour of a composite fuselage model using the cohesive elements

• Autorzy: Mustapha F. , Sim N. W. , Shahrjerdi A.

Warianty tytułu

PL

Badania przebiegu osiowego zgniatania modelu kompozytowego kadłuba z wykorzystaniem elementów kohezyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Finite element analysis (FEA) on a new fabrication miniature composite fuselage structure under axial compression loading is presented. ABAQUS/Explicit simulation is employed to predict the crushing behaviour and mechanical strength from the initial compression loading to the final failure mode. A woven C-glass fiber/epoxy 200 g/m2 composite laminated with orthotropic elastic material properties is used for the fuselage model. This proposed model is established to observe the crushing load and collapse modes under an axial compression impact. Adhesively bonded joint progression is generated using the technique of cohesive element. Various angles of the lamina are deliberated in the analysis to acquire and imagine the effect of the angle of orientation. Composite lamina angles are examined and validated using FEA modelling as a numerical parametric study. The results show that the finite element analysis using ABAQUS/Explicit can reproduce satisfactorily the load-deflection response. It can be concluded that special cases of antisymmetric lamination are found to have the strongest resistance to the applied load.

PL

Pracę poświęcono analizie elementów skończonych w zastosowaniu do badań modelu miniaturowego kadłuba wykonanego z laminatu i poddanego osiowemu ściskaniu. Przeprowadzono symulacje numeryczne z użyciem komercyjnego oprogramowania ABAQUS/Explicit w celu określenia wytrzymałości kompozytu oraz zbadania przebiegu procesu zgniatania, aż do uzyskania ostatecznej postaci zniszczenia próbki. Na materiał kadłuba wybrano kompozyt w włóknem szklanym typu C o gęstości 200 g/m2 i właściwościach ortotropowych. Podczas badań obserwowano pojawianie się kolejnych postaci wgnieceń, aż do zupełnej utraty stateczności układu przy udarowym obciążeniu ściskającym. Zastosowano metodę elementów kohezyjnych do analizy zmian w adhezyjnym połączeniu warstw laminatu. Zbadano wpływ kąta laminowania na właściwości próbki. Przeprowadzono także badania parametryczne wpływu kąta laminowania modelu metodą elementów skończonych. Uzyskane wyniki wykazały, że symulacje wykonane w systemie ABAQUS/Explicit wiarygodnie odtwarzają rzeczywisty przebieg zgniatania w funkcji przykładanego obciążenia. Zaobserwowano również, że niektóre przypadki laminowania antysymetrycznego są szczególnie odporne na zniszczenie wywołane siłą osiową.

Słowa kluczowe

EN

adhesively bonded joint; composite fuselage; FEA; crushing behaviour; C-glass fiber/epoxy; cohesive elements

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 2
• Strony: 531--548
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mustapha F.

autor

Sim N. W.

autor

Shahrjerdi A.

• Universiti Putra Malaysia, Department of Aerospace Engineering, Serdang, Selangor, Malaysia,

Bibliografia

• 1. Balzani C., Wagner W., 2008, An interface element for the simulation of delamination in unidirectional fiber-reinforced composite laminates, Engineering Fracture Mechanics, 75, 9, 2597-2615
• 2. Bisagni C., 2005, Dynamic buckling of fiber composite shells under impulsive axial compression, Thin-Walled Structures, 43, 3, 499-514
• 3. Chamis C.C., Abumeri G.H., 2005, Probabilistic dynamic buckling of composite shell structures, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 36, 10, 1368-1380
• 4. Dahdi I., Edi Y., Mustapha F., Zahari R., 2009, Novel fabrication for tubular and frusto conical composite product for aerospace application, Conferences Proceeding of Aerotech III
• 5. Goyal V.K., Johnson E.R., 2008, Predictive strength-fracture model for composite bonded joints, Composite Structures, 82, 3, 434-446
• 6. Koussios S., Bergsma O., Beukers A., 2004, Filament winding. Part 1: Determination of the wound body related parameters, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 35, 2, 181-195
• 7. Lapczyk I., Hurtado J.A., 2007, Progressive damage modeling in fiber-reinforced materials, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 38, 11, 2333-2341
• 8. Mahdi E., Mokhtar A., Asari N., Elfaki F., Abdullah E., 2006, Nonlinear finite element analysis of axially crushed cotton fibre composite corrugated tubes, Composite Structures, 75, 1/4, 39-48
• 9. Mahdi E., Sahari B., Hamouda A., Khalid Y., 2001, An experimental investigation into crushing behaviour of filament-wound laminated cone-cone intersection composite shell, Composite Structures, 51, 3, 211-219
• 10. Mamalis A., Manolakos D., Ioannidis M., Papapostolou D., 2006, The static and dynamic axial collapse of CFRP square tubes: finite element modelling, Composite Structures, 74, 2, 213-225
• 11. Morthorst M., Horst P., 2006, Crushing of conical composites shells: a numerical analysis of the governing factors, Aerospace Science and Technology, 10, 2, 127-135
• 12. Tafreshi A., 2004, Efficient modelling of delamination buckling in composite cylindrical shells under axial compression, Composite Structures, 64, 3/4, 511-520
• 13. Tafreshi A., 2006, Delamination buckling and postbuckling in composite cylindrical shells under combined axial compression and external pressure, Composite Structures, 72, 4, 401-418
• 14. Tarfaoui M., Gning P., Hamitouche L., 2008, Dynamic response and damage modeling of glass/epoxy tubular structures: Numerical investigation, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 39, 1, 1-12
• 15. Trias D., Rojo R., Nuin I., Lasa M., 2006, Fracture mechanics and new techniques and criteria for the design of structural components for wind turbines, Technical paper presented at EWEC06.
• 16. Vaziri A., 2007, On the buckling of cracked composite cylindrical shells under axial compression, Composite Structures, 80, 1, 152-158
• 17. Wimmer G., Schuecker C., Pettermann H., 2006, Numerical simulation of delamination onset and growth in laminated composites, The e-Journal of Nondestructive Testing, 11, 1-10
• 18. Xiao X., McGregor C., Vaziri R., Poursartip A., 2009, Progress in braided composite tube crush simulation, International Journal of Impact Engineering, 36, 5, 711-719
• 19. Yang Z., Su X., Chen J., Liu G., 2009, Monte Carlo simulation of complex cohesive fracture in random heterogeneous quasi-brittle materials, International Journal of Solids and Structures, 46, 17, 3222-3234
• 20. Yidris H.N., Mokhtar A.M., 2007, Crush Simulation and Experimental Validation of a Composite Unmmaned Aerial Vehicle Fuselage Section, Universiti Putra Malaysia, pp. 161
• 21. Zarei H., Kroeger M., Albertsen H., 2008, An experimental and numerical crashworthiness investigation of thermoplastic composite crash boxes, Composite Structures, 85, 3, 245-257
• 22. Zhang Z., Chen H., Ye L., 2008, Progressive failure analysis for advanced grid stiffened composite plates/shells, Composite Structures, 86, 1/3, 45-54