Influence of temperature and ageing on load capacity of glass-vinylester box beam

• Autorzy: Klasztorny M. , Nycz D. B.

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury i starzenia na nośność belki skrzynkowej winyloestrowo-szklanej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concerns the numerical testing of a GFRP composite box beam reflecting, on a 1:2 scale, the central part of the superstructure of the recently designed original GFRP composite 5-box footbridge manufactured using infusion technology. The beam is composed of two laminate shells combined with glue on contact strips. The shells are glass-vinyl ester laminates protected with gelcoat and topcoat layers, respectively. The main constituents of the laminas are bi-directional balanced stitched E-glass woven fabrics and flame retardant vinyl ester resin. After homogenization, the composite forming a lamina (reinforced with one fabric) is modelled as a linearly elastic-brittle orthotropic material. Experimental identification of the material constants was done for the new composite and for the aged composite after 5-year environmental ageing, at three service temperatures, i.e. −20, 20, 55°C. The accelerated 5-year environmental ageing of the composite was performed using an ageing chamber and the relevant ageing programme. The study presents the numerical modelling and simulation of the static three-point bending test of the new and aged box beam, at the three service temperatures. The modelling and simulation, performed in the MSC. Marc system, was validated in a previous paper by the authors, based on the experimental threepoint bending test of the new beam at room temperature. Comparative studies were carried out in order to determine the effects of the service temperatures and the 5-year environmental ageing on the load capacity of the GFRP composite box beam.

PL

Praca dotyczy badań numerycznych kompozytowej belki skrzynkowej odwzorowującej w skali 1:2 centralną część konstrukcji nośnej ostatnio zaprojektowanej kładki pieszo-rowerowej o przekroju skrzynkowym. Konstrukcja nośna kładki składa się z dwóch powłok laminatowych sklejonych ze sobą na płaskich pasach kontaktu. Powłoki winyloestrowo-szklane, zabezpieczone warstwami ochronnymi (żelkot i topkot), wytworzono w technologii infuzji. Głównymi komponentami lamin są: tkanina szklana E dwukierunkowa zrównoważona zszywana oraz żywica winyloestrowa uniepalniona. Po homogenizacji, lamina (wzmocniona pojedynczą tkaniną) jest modelowana jako materiał ortotropowy liniowo sprężysto-kruchy. Stałe sprężystości i wytrzymałości kompozytu wyznaczono dla materiału nowego oraz materiału starzonego (przyspieszone starzenie 5-letnie), dla trzech poziomów temperatury użytkowania kładki, tj. -20, 20, 55°C. Starzenie przeprowadzono w komorze starzeniowej według odpowiednio dobranego programu starzenia. W pracy przedstawiono modelowanie numeryczne i symulację próby statycznego zginania trójpunktowego belki skrzynkowej nowej i poddanej starzeniu 5-letniemu dla trzech poziomów temperatury użytkowania kładki. Modelowanie i symulacja zostały wykonane w środowisku MSC.Marc i poddane walidacji w poprzedniej pracy autorów, w przypadku belki nowej w temperaturze pokojowej. Badania porównawcze dotyczą wpływu temperatury użytkowania i pięcioletniego starzenia na nośność kompozytowej belki skrzynkowej.

Słowa kluczowe

EN

glass-vinylester composite; mechanical properties; GFRP composite box beam; three-point bending test; modelling and simulation; temperature and ageing effects

PL

kompozyt winyloestrowo-szklany; własności mechaniczne; belka skrzynkowa kompozytowa; test zginania trójpunktowego; modelowanie i symulacja; wpływ temperatury i starzenia

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 2
• Strony: 113--121
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klasztorny M.

• Military University of Technology, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

autor

Nycz D. B.

• Jan Grodek State Vocational High School, ul. A. Mickiewicza 21, 38-500 Sanok, Poland

Bibliografia

• [1] Chroscielewski J., Klasztorny M., Miskiewicz M., Romanowski R., Wilde K., Innovative design of GFRP sandwich footbridge, Int. Conf. Footbridges: Past, Present & Future FOOTBRIDGE-2014, 16-18 July 2014, London, England, CD Conf. Proc., Paper #1250, 1-8.
• [2] Klasztorny M., Chroscielewski J., Szurgott P., Romanowski R., Design and numerical testing of 5-box GFRP shell footbridge, Int. Conf. Footbridges: Past, Present & Future FOOTBRIDGE-2014, 16-18 July 2014, London, England, CD Conf. Proc., Paper #1094, 1-8.
• [3] PN-EN 13121-3+A1:2010E, Ground containers made of plastics reinforced with glass fibre. Part 3. Design and production control [in Polish].
• [4] Jones R.M., Mechanics of Composite Materials, Taylor & Francis, 2nd ed., London 1999.
• [5] Structural Design of Polymer Composites. EUROCOMP Design Code and Handbook, Ed., J.L. Clarke, The European Structural Polymeric Composites Group, E & FN SPON, An Imprint of Chapman & Hall, London 1996.
• [6] Klasztorny M., Nycz D., Cedrowski M., Modelling, simulation and validation of bending test of box segment formed as two composite shells glued together, Composites Theory and Practice 2015, 15, 2, 88-94.
• [7] BÜFA®-FIRESTOP S 440 pre-accelerated VE-FR injection resin. Technical data sheet, BÜFA Gecoat Plus Co., Germany, 2013.
• [8] SAE J1960. Accelerated Exposure of Automotive Exterior Materials Using a Controlled Irradiance Water-Cooled Xenon Arc Apparatus.
• [9] PN-EN ISO 527-4:2000. Determination of mechanical properties at static tension. Test conditions for isotropic and orthotropic fibre-reinforced plastic composites [in Polish].
• [10] PN-EN ISO 14126:2002. Fibre-reinforced plastic composites. Determination of properties at in-plane compression [in Polish].
• [11] PN-EN ISO 14129:1997. Fibre-reinforced plastic composites. Determination of shear stress and corresponding strain, shear modulus and ±45° tensile strength [in Polish].
• [12] PN-EN ISO 14130:2001. Fibre-reinforced plastic composites. Determination of nominal interlaminar shear strength by short beam method [in Polish].
• [13] PN-ISO 2602:1994. Statistical interpretation of test results. Estimation of average value. Confidence interval [in Polish].
• [14] MSC.Marc r1, Vol. A, Theory and User Information, MSC.Software Co., Santa Ana, CA, USA, 2008.
• [15] Klasztorny M., Bondyra A., Szurgott P., Nycz D., Numerical modelling of GFRP laminates with MSC.Marc system and experimental validation, Computational Material Science 2012, 64, 151-156.

Uwagi

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