Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Static and dynamic testing of textile-reinforced composite compliant structures under shear-force-free bending load

Modler N., Modler K. H., Hufenbach W. A., Jaschinski J., Zichner M., Heber T., Winkler A.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 4

352-356

EN

High-performance applications in mechanical engineering and vehicle construction increasingly have to fulfil high demands concerning passenger comfort and the conservation of natural resources. Therefore, lightweight structures made of textile-reinforced composites exhibit a considerable application potential due to their inherently wide-ranging ability for function integration and design freedom. Additionally, the use of so-called compliant elements with specifically adjustable compliances offers the possibility to transmit motions simply by means of structural deformations. For the investigation of the deformation behaviour of such composite compliant hinge mechanisms as well as for the analysis of anisotropism-related coupling effects of multilayered composites, bending free of shear force can be used advantageously. This paper makes a contribution to the efficient cyclic testing of textile-reinforced compliant structures. Thus, a novel kinematic test rig has been developed, which can be utilized for the static and dynamic bending tests of composite (strip shaped) beam specimens. The main unit is a multifunctional six-membered linkage that allows a moment's application free of shear force by providing a pure bending load. The design studies mainly focus on the mechanical adaptation of an appropriate mathematical characterized mechanism to the trajectory of the movable restraint point. Furthermore, basic test results in consideration of the moment, force, and deformation of textile-reinforced compliant hinges are shown and evaluated with the help of computer tomography.

PL

Obecnie zaawansowane technologicznie aplikacje w budowie maszyn i pojazdów w coraz większym stopniu muszą spełniać wysokie wymagania dotyczące komfortu i ochrony zasobów naturalnych. W związku z tym konstrukcje lekkie z kompozytów włóknistych dzięki zdolności do integracji funkcji oraz dużej swobody projektowania posiadają znaczny potencjał aplikacyjny. Dodatkowo, zastosowanie tzw. "compliant elements" - elastycznych elementów ze specjalnie regulowaną podatnością oferuje możliwość generowania ruchu tylko przez odkształcenie strukturalne. Do badania zachowania odkształcenia tych elastycznych, kompozytowych zawiasów złączowych, a także do analizy anizotropii związanych z efektami sprzężenia wielowarstwowych kompozytów może być z powodzeniem stosowane zginanie bez sił ścinających. Przedstawiona praca wnosi wkład w rozwój badań zmęczeniowych elastycznych struktur kompozytowych wzmocnionych włóknami. W celu przeprowadzenia statycznych i dynamicznych badań zginania kompozytowych próbek płaskich opracowano nowe kinematyczne stanowisko badawcze. Jednostka główna jest wielofunkcyjnym, sześcioczłonowym mechanizmem, który zapewnia czyste zginanie bez występowania sił pochodzących od ścinania. Przedstawione prace projektowe koncentrują się głównie na mechanicznym dostosowaniu opisu matematycznego mechanizmu w odniesienu do trajektorii ruchomego punktu utwierdzenia. Ponadto, wyniki pierwszych badań z uwzględnieniem momentu, siły oraz odkształcenia wzmocnionych włóknami elastycznych zawiasów złączowych zostały zaprezentowane i zweryfikowane za pomocą tomografii komputerowej.

2

Experimental investigation of composite-based compliant structures

Hufenbach W. A., Gude M., Adam F., Modler N., Heber T., Renner O., Körner I., Weck D.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 3

187-191

EN

Composite materials with their adjustable, high specific mechanical properties offer the possibility to realise loadadapted, locally functionalised lightweight structures. Here, compliant structures characterised by individually adaptable deformation behaviour are promising applications. Notwithstanding the substantial degree of function integration, competitive serial production of such components can be achieved by the use of composites based on thermoplastic matrix systems in close combination with efficient manufacturing technologies. This paper contributes to the development of composite compliant structures, specifically designed for use in bending dominated applications. The experimental studies including different fibrereinforcements make allowance for the composite adapted design of a beam structure and the associated load transfer elements. For this purpose, an adapted testing device was designed and installed, and various composite bending structures are compared. The experimental results show the suitability of fibre-reinforced composites with large elastic deformability for compliant structures. Different designs of the load transfer element were tested. Compared to the basic design, an increase of the load bearing capacity of the compliant structure by up to 100 % was achieved. This is facilitated by the aligned design of the composite beam and its associated load transfer elements.

PL

Materiały kompozytowe z dopasowanymi do założonych wymagań własnościami mechanicznymi oferują możliwość realizacji dostosowanych do obciążenia miejscowo funkcjonalizowanych struktur lekkich. W tym przypadku obiecującymi rozwiązaniami są "compliant structures" - tzw. struktury podatne, charakteryzujące się możliwością indywidualnie dostosowanego przebiegu deformacji. Pomimo znacznego stopnia integracji funkcji, konkurencyjność seryjnej produkcji tych elementów można osiągnąć poprzez zastosowanie materiałów kompozytowych z osnową termoplastyczną, w ścisłym połączeniu z wydajnymi technologiami wytwarzania. Przedstawiona praca wnosi wkład w rozwój tzw. struktur podatnych wykonanych z materiałów kompozytowych i wykorzystanych w układach z elementami zginanymi. Badania eksperymentalne, w których uwzględniono różne rodzaje włókien wzmacniających, pozwoliły na opracowanie struktury belki oraz powiązanych z nią elementów przenoszących obciążenie. W tym celu zaprojektowano i wykonano odpowiednie stanowisko badawcze służące do porównania różnych struktur z materiałów kompozytowych. Wyniki badań potwierdziły predyspozycje wykorzystania w strukturach podatnych kompozytów włóknistych zdolnych do dużych odkształceń sprężystych. Przetestowano różne warianty kształtu elementów przenoszących obciążenie, a wyniki badań potwierdziły poprawę nośności, w porównaniu z konstrukcją wyjściową, aż do 100%. Było to możliwe dzięki dopasowaniu konstrukcji belki kompozytowej oraz współpracujących z nią elementów przenoszących obciążenie.

3

Detection of material integrated conductors for connective riveting of function-integrative textile-reinforced thermoplastic composites

Hufenbach W. A., Adam F., Gude M., Korner I., Heber T., Winkler A.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 2

152-156

EN

Due to their highly-specific mechanical properties as well as ease of design combined with economic and reproducible manufacturing processes, textile-reinforced composites based on thermoplastic matrix systems exhibit great potential for application in lightweight structures ready for mass production. Moreover, the integration of additional functional networks composed of sensors, actuators, and electric components in thermoplastic lightweight structures enables operationaldependent control and adaptation of the structural behaviour with regard to health monitoring or active vibration and noise control. For the creation of complex structures, the use of material-adapted joining techniques is necessary. This publication is a contribution to the development of material- and application-adapted rivetting technology for the joining and electrical contacting of textile-reinforced composite parts with integrated conductors. In particular, different materials and methods for the generation of conductive paths are assessed. For accurate placement of a contacting rivet, various methods for the detection and localization of the conductors after integration, are investigated. Especially X-ray technology demonstrates good performance with regard to a high volume process chain. Furthermore, the studies show the ability to use printed conductors and carbon fibres as well as conventional wires for integration in textile-reinforced composites, suitable for mass production.

PL

Ze względu na bardzo dobre własności mechaniczne oraz swobodę projektowania w połączeniu z ekonomicznymi i powtarzalnymi procesami wytwórczymi kompozyty włókniste o osnowie termoplastycznej posiadają ogromny potencjał, szczególnie do wykorzystania w produkcji seryjnej konstrukcji lekkich. Ponadto, integracja dodatkowych funkcji w postaci czujników, wzbudników i elementów elektrycznych w termoplastycznych konstrukcjach lekkich pozwala na kontrolę oraz adaptację zachowań projektowanych struktur. Przykładem mogą być urządzenia do monitorowania funkcji życiowych, aktywnego tłumienia drgań oraz kontroli natężenia hałasu. Do wykonania takich złożonych struktur kompozytowych niezbędne jest jednak użycie odpowiednio zaadaptowanych technik łączenia. Niniejsza publikacja wnosi wkład w rozwój technik nitowania i połączeń elektrycznych dostosowanych do elementów z kompozytów włóknistych ze zintegrowanymi przewodnikami. W szczególności, ocenie poddane zostały różne materiały i metody przeznaczone do wytwarzania ścieżek przewodzących, przetestowano ponadto dokładne pozycjonowanie nitów oraz metody lokalizacji przewodników po procesie integracji. W tym przypadku bardzo dobre wyniki pokazała technologia rentgenowska X-ray, szczególnie w wysoko wydajnych liniach produkcyjnych. Ponadto przedstawiono perspektywy integracji przewodników drukowanych, włókien węglowych oraz tradycyjnych przewodów elektrycznych w strukturach kompozytów włóknistych wytwarzanych seryjnie.

4

Characterization of novel thermoplastic-compatible piezoceramic modules for function integrative composite structures

Hufenbach W., Gude M., Heber T., Tyczynski T., Weber T.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 2

147-151

EN

For the mass production of adaptive fibre-reinforced thermoplastic structures, the development of process-adapted piezoceramic modules is gaining central importance. Thermoplastic-compatible piezoceramic modules are being developed which are suitable for matrix-homogeneous adhesive-free integration of the modules in fibre-reinforced thermoplastic structures during a simultaneous welding process. The presented studies illustrate the destructive and non-destructive characterization of novel thermoplastic-compatible piezoceramic modules. Aiming at continuous improvement of module design and its manufacturing technology based on an adapted hot-pressing process, the adherence strength of the combined material partners after consolidation and suitable methods of defect defection are investigated. In addition, high voltage actuation tests under static and dynamic loading account for competitive module performance.

PL

Obecnie w produkcji seryjnej adaptacyjnych struktur termoplastycznych wzmocnionych włóknami na znaczeniu zyskują badania elementów piezoceramicznych odpowiednio dopasowanych do procesu wytwarzania. Opracowywane są takie elementy piezoceramiczne, które są kompatybilne z materiałami termoplastycznymi, jednocześnie pozwalające na homogeniczną integrację z osnową podczas jednoczesnego procesu spawania, bez konieczności zastosowania dodatkowych klejów. Przedstawiona praca prezentuje wyniki niszczących i nieniszczących badań nowych modułów piezoceramicznych kompatybilnych z materiałami termoplastycznymi. Dążąc do ciągłego doskonalenia procesu projektowania i wytwarzania elementów piezoceramicznych, w oparciu o dostosowany proces prasowania na gorąco, przebadano siłę przylegania partnerów procesu, a także metody wykrywania wad po procesie konsolidacji materiału. Ponadto, zastosowane wysokie napięcie sterowania podczas statycznych i dynamicznych testów potwierdza konkurencyjną sprawność prezentowanych elementów piezoceramicznych.

5

Processing studies for the development of a robust manufacture process for active composite structures with matrix adapted piezoceramic modules

Hufenbach W., Gude M., Modler N., Heber T., Winkler A., Friedrich J.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 2

133-137

EN

Active composite structures based on thermoplastic matrix systems exhibit a high application potential for lightweight structures ready for series production, due to the high specific mechanical properties as well as the high design freedom combined with economic and reproducible manufacture processes. Moreover, the integration of additional functional components like material-embedded piezoceramic actuators or sensors in thermoplastic lightweight structures enables a purposeful manipulation of the dynamic and vibroacoustic structural behaviour. Among function integration like quality monitoring or active vibration and noise control, also structural applications for example in morphing structures and compliant mechanisms are possible. Thus fibre-reinforced thermoplastic composites with embedded material adapted piezoceramic modules offer a wide area of new applications. Actually the lack of efficient manufacture processes impeded the spread of these new material systems. The use of adaptive composite structures in series applications requires novel actuators and sensors with related manufacture processes capable for series production. This publication gives a contribution for the development of a robust and efficient manufacture process for such new active composites, which bases on a material and actuator adapted hot pressing technique for the realization of short cycle times. Therefore the main focus is put on experimental and theoretical studies for the integration of piezoceramic elements into fibre-reinforced structures. Besides the evaluation of design and process parameters, the influences of the processing parameters on the ceramic elements are investigated to create an adaptive composite structure without damaging of the brittle ceramic. Basic elements of these studies are new thermoplastic composite compatible piezoceramic modules (TPM), which are predestined for a material homogeneous actuator integration in fibre-reinforced thermoplastic composites by use of a welding process. The investigations show a successful manufacture and embedding of these novel piezoceramic modules into fibre-reinforced structures.

PL

Aktywne struktury kompozytowe bazujące na osnowie termoplastycznej, dzięki swym specyficznym właściwościom mechanicznym oraz łatwości projektowania wraz z ekonomicznym i powtarzalnym procesem wytwórczym, posiadają ogromny potencjał aplikacyjny w seryjnej produkcji struktur lekkich. Ponadto, integracja dodatkowych komponentów, jak wzbudniki piezoceramiczne bądź sensory w lekkiej strukturze termoplastycznej, pozwala na celową ingerencję w jej właściwości dynamiczne oraz wibroakustyczne. Oprócz tego umożliwia monitorowanie zużycia elementów, tłumienie wibracji i kontrolę szumu, ale również może zostać wykorzystana jako aplikacja w strukturach morficznych oraz układach podatnych. Kompozyty z osnową termoplastyczną wzmocnione włóknami ciągłymi wraz z umieszczonymi wewnątrz materiałowo dopasowanymi modułami piezoceramicznymi posiadają ogromny potencjał w zastosowaniach w dziedzinie aktywnych drgań oraz kontroli hałasu. Obecnie brak wydajnego procesu wytwarzania skutecznie hamuje popularyzację tych nowych systemów. Prezentowana publikacja przyczynia się do rozwoju stabilnego i wydajnego procesu wytwarzania tych nowych kompozytów aktywnych, opierającego się na dopasowanej metodzie prasowania na gorąco, pozwalającej na skrócenie czasu cyklu produkcyjnego. Z tego względu główny nacisk położono na badania eksperymentalne i rozważania teoretyczne dotyczące integracji układów piezoceramicznych w strukturach włóknistych. Podstawowym elementem tych badań są nowe moduły piezoceramiczne, kompatybilne z kompozytami termoplastycznymi (TPM), predestynowane do integracji jednorodnych wzbudników w termoplastycznych kompozytach włóknistych. Badania przedstawiają udane próby wytwarzania i wprowadzania tych nowoczesnych modułów piezoceramicznych do struktur wzmacnianych włóknami ciągłymi.