Wing-to-fuselage attachment fitting for composite airframes : experimental and finite element analysis

• Autorzy: Tomasiewicz J. , Czarnocki P.

Warianty tytułu

PL

Badania doświadczalne i analiza MES mechanizmu przenoszenia obciążenia przez bezadhezyjne połączenie metal/kompozyt

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The design of a wing-to-fuselage attachment fitting for composite airframes is a considerable problem since it involves the application of point load to a laminate displaying a relatively low bearing strength. Nowadays the majority of composite airframes are made with the use of CF preimpregnates which make the solution to this problem even more involving. Recently, a new manufacturing technique has been developed that allows for the fabrication of a non-adhesive metal-composite joint especially designed to be used as wing-to-fuselage attachment fittings in the case of composite airframes made with VBO prepregs. In the body of the paper, first, a concise description of the manufacturing process of such a joint was provided, next, numerical stress analysis of the joint supplemented with experimental results was given. The experimental work concerned strain distribution and damage assessment investigated with the help of DIC and CT, respectively.

PL

Połączenie skrzydło-kadłub w przypadku struktur kompozytowych stanowi poważny problem konstrukcyjny. Wynika to z konieczności wprowadzenia obciążeń skupionych w struktury kompozytowe charakteryzujące się niewielką odpornością na naciski. Współczesne lotnicze konstrukcje kompozytowe często wykonywane są z preimpregnatów węglowych, co jeszcze bardziej utrudnia rozwiązanie zadania. Ostatnio została opracowana nowa metoda wytwarzania bezadhezyjnych połączeń metal-kompozyt specjalnie zaprojektowanych w odniesieniu do takich celów i laminatów wykonanych z z preimpregnatów utwardzanych poza autoklawem z wykorzystaniem jedynie worka próżniowego. W artykule przedstawiono w skrócie technikę wytwarzania takiego połączenia oraz wyniki numerycznej analizy sposobu przenoszenia obciążeń przez takie połączenia wraz z doświadczalną weryfikacją obliczeń numerycznych, dokonaną za pomocą DIC. Wyniki uzupełniono obrazami pojawiających się w strukturze kompozytowej zniszczeń, narastających wraz ze wzrostem obciążenia. Wykazano, że w przypadku takiego połączenia w przenoszeniu obciążenia z elementów metalowych na kompozyt bierze udział kompozyt znajdujący się zarówno przed, jak i za elementami metalowymi, odmiennie jak ma to miejsce w przypadku zastosowania tradycyjnego połączenia sworzniowego, dla którego obciążenie przenoszone by było jedynie przez kompozyt znajdujący się przed sworzniem. Ponadto zidentyfikowano główne postacie zniszczenia oraz ich sekwencję. Były to: zerwanie włókien wzmocnienia, pęknięcia w spoiwie i zapoczątkowane nimi delaminacje oraz ścięcie laminatu powodowane ściskaniem. Jako pierwsze wystąpiło ścięcie laminatu na skutek ściskania, a następnie delaminacje oraz zerwanie włókien.

Słowa kluczowe

EN

metal-composite joints; prepregs; attachment point; finite element analysis; NAMCJ

PL

połączenia metal-kompozyt; prepregi; okucia; analiza MES; BPMK

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 2
• Strony: 61--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tomasiewicz J.

• Warsaw University of Technology, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Czarnocki P.

• Warsaw University of Technology, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Fink A., Kolesnikov B., European, hybrid titanium composite material improving composite structure coupling, ESA SP 2005, 581, 843-848.
• [2] Fink A., Camanho P.P., Andrés J.M., Pfeiffer E., Obst A., Hybrid CFRP/titanium bolted joints: Performance assessment and application to a spacecraft payload adaptor, Composites Science and Technology 2010, 70, 305-317.
• [3] Szymczyk E., Jachimowicz, J. Puchała K., Analysis of load transfer into composite structure, Applied Computer Science 2014, 10, 3, 86-94.
• [4] Pantelakis S., Tserpes K.I., Adhesive bonding of composite aircraft structures: Challenges and recent developments, Sci. China-Phys Mech. Astron. 2014, 57, 2-11.
• [5] Rodzewicz M., Input nodes of concentrated forces problem in composite structures (in Polish). Przegląd Mechaniczny 2004, 9, 28-32.
• [6] ANSYS® Academic Research, Release 17, Help System, ANSYS Composite PrepPost User's Guide, ANSYS, Inc.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.