Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ wartości współczynnika sprężystości wzdłużnej kleju na udarność połączeń klejowych blokowych

Rośkowicz M., Godzimirski J., Komorek A., Gąsior J.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2018

|

nr 3

53--58

PL

Opisane w artykule badania stanowią część poszukiwań autorów, zmierzających do określenia zależności pomiędzy określonymi właściwościami klejów a udarnością wykonanych z ich użyciem połączeń. Kleje konstrukcyjne (jako materiały polimerowe) charakteryzują się różnymi wartościami modułów Younga, wynoszącymi od kilku do prawie 10 000 MPa w temperaturze pokojowej. Wstępne badania wskazują, że powinna istnieć zależność pomiędzy modułem Younga klejów a wytrzymałością udarową wykonanych nimi połączeń. Hipotezę tę zweryfikowano przeprowadzając badania eksperymentalnie i numeryczne połączeń wykonanych klejami o znacznie różniących się wartościach modułów Younga. W celu realizacji badań doświadczalnych przygotowano próbki, w których elementy ze stali S235 łączono klejami epoksydowymi: Epidian 57/Z1 oraz Loctite EA 9492, EA 9480, EA 9450 i EA 9455. Testy połączeń klejowych przeprowadzano za pomocą młota wahadłowego, dedykowanego do badań połączeń klejowych. Maksymalna energia wahadła stosowanego w badaniach wynosiła 15 J. Do określenia udarności badanych połączeń wykorzystano zależność według której, energia zużyta do oderwania górnego elementu próbki w takim teście, czyli energia wytracona przez wahadło, jest miarą wytrzymałości udarowej połączenia klejowego. Modele do obliczeń numerycznych opracowano na podstawie próbek stosowanych w badaniach eksperymentalnych. Przygotowane modele z uwzględnieniem warunków początkowych i brzegowych zostały poddane dynamicznym obliczeniom numerycznym metodą elementów skończonych z wykorzystaniem modułu Explicit Dynamics programu ANSYS. Rezultaty badań eksperymentalnych i numerycznych wyraźnie wskazują na zależność udarności połączeń klejowych blokowych od modułu Younga zastosowanego kleju. Najwyższą udarnością spośród badanych cechują się połączenia wykonane klejami o najniższych modułach Younga.

EN

The research described in this article is part of the authors’ search to determine the relationship between specific properties of adhesives and the impact strength of their joints. At impact loads, there may be a relationship between the adhesive Young’s modulus and the impact strength of the joints made using the adhesive. This hypothesis was verified by conducting experimental and numerical tests of joints made with adhesives of significantly different Young’s modulus values. In order to carry out the experimental tests, samples were prepared with the S235 steel adherends which were joined with epoxy adhesives: Epidian 57/Z1 and Loctite EA 9492, EA 9480, EA 9450 and EA 9455. The tests were carried out using a pendulum hammer dedicated to testing adhesive joints. The maximum energy of the pendulum used in the tests was 15 J. To determine the impact strength of the tested joints, was used the dependence according to which the energy used to detach the upper element of the sample in such a test, i.e. the energy lost by the pendulum, is a measure of the impact strength of the adhesive joint. Models for numerical calculations were developed on the basis of samples used in experimental tests. The prepared models, taking into account the initial and boundary conditions, were subjected to dynamic numerical calculations using the finite element method using the Explicit Dynamics module of the ANSYS program. The results of experimental and numerical tests clearly indicate the dependence of the impact strength of the block adhesive joints on the Young’s modulus of the applied adhesive. The highest impact strength among the tested joints are joints made with the lowest Young’s modulus adhesive.

2

Wpływ obróbki powierzchniowej zgniotem po utwardzeniu spoin na nośność zakładkowych połączeń klejowych

Godzimirski J., Jagiełło A.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2018

|

nr 4

43--47

PL

Wprowadzenie naprężeń ściskających do warstwy wierzchniej materiału może powodować odkształcenia plastyczne, powodujące odkształcenia (deformacje) cienkich blach. Piaskowanie powierzchni zewnętrznych zakładkowych połączeń klejowych, po utwardzeniu ich spoin, powinno spowodować odkształcenia, które mogą zmniejszyć wartość naprężeń w obciążonych spoinach i w ten sposób zwiększyć wytrzymałość połączeń. Przeprowadzono badania eksperymentalne, które potwierdziły tę hipotezę. Zaproponowano również metodę uwzględnienia skutków obróbki powierzchniowej zgniotem w obliczeniach numerycznych wytrzymałości połączeń klejowych. Z badań eksperymentalnych i obliczeń numerycznych wynika, że wzrost wytrzymałości, wynikający z zastosowania obróbki powierzchniowej zgniotem klejonych elementów połączeń zakładkowych po utwardzeniu ich spoin, może wynieść od kilkunastu do kilkudziesięciu procent.

EN

Loading compressive stress into surface layer of thin sheets cause possibility of their deformations . The sand blasting of surface layer of adhesive lap joints after adhesive curing should cases such deformation that can reduce stresses in adhesive layer, so enlarge joint strength. The experimental tests and numerical calculations verify this hypothesis. The method of considering in numerical calculations the effect of surface treatment cold-work hardening was proposed. Made experimental tests and numerical calculations showed that the increase of strength of cold-work hardening lap adhesive joints may cause strength increase from a dozen or so to dozen percent.

3

The influence of selected adhesive properties and the manner of surface preparation upon impact strength of block adhesive joints

Komorek A., Godzimirski J.

Journal of KONES

|

2018

|

Vol. 25, No. 4

463--469

EN

The research described in this article is part of investigating impact strength in block adhesive joints. The authors checked experimentally the effect, on the test results, of the manner of surface preparation and compressive strength and Young’s modulus of an adhesive used to make the connection. The experimental testing was carried out with an impact pendulum tool, designed to examine adhesive joints. During such testing, the energy used to tear off the upper part of the specimen, that is the energy lost by the dropping device, is the measure of the impact strength of an adhesive connection. The elements of the samples were made with an aluminum alloy 2017A. In the investigations, the authors used non-normative samples whose upper element was a cylinder rather than a cuboid, as advised in the norm. The adhesive joints were made using epoxy adhesive Loctite, named EA 3421, or an adhesive composition Epidian 57 with Z1 hardener. The glued elements were prepared by treating the surfaces for bonding by means of the stream-abrasive processing. The abrasive mediums were three types of materials of different gradation. In addition, two series of samples were prepared using roughening by sandpaper. For control samples, the authors made joints, in which the surfaces for bonding became degreased merely by petroleum ether. The results of the experimental studies indicate that the impact strength of adhesive joints is dependent on the manner of preparation of the bonded elements as well as on the longitudinal modulus of elasticity of the adhesive, which was used to make the connection.

4

The possibility of a visual analysis of the failure of butt adhesive joints made with different glues

Komorek A., Grygiel D., Bieńczak R., Godzimirski J.

Advances in Materials Science

|

2018

|

Vol. 18, nr 2(56)

59--68

EN

The results of conducted by the authors of the article numerical analyzes, indicate the importance of normal stresses, perpendicular to the adhesive joint, during the impact destruction of block adhesive samples. This kind of stresses are responsible for the occurrence of tearing or chipping in a joint. The very significant influence of adhesion in the impact-bonded adhesive joint was the reason for testing this parameter in joints made with adhesives with different Young's modulus. It was assumed that adhesives differing in stiffness will have different adhesive properties, which should affect the impact strength of the adhesive joints. It was also assumed that the adhesion in the joint can be assessed by analyzing the surfaces of joint damage. Cylindrical butt joints connected with various adhesives were used to carry out the tests, in which they were loaded on tear-off. The nature of tested joints damage was usually cohesive or cohesive-adhesive. The assessment of the nature of joint damage allowed to determine whether they were the result of the loss of cohesion by the adhesive (cohesive damage) or the effect of poor adhesion between the hardened joint and adherends (adhesive damage). The assessment of the nature of the destruction was carried out by three methods: visual, using an optical microscope and using an electron microscope. As a result of the carried out observations, it was found that the visual method is the least useful and not very reliable, especially in the case of transparent or low-contrast in relation to the glued material joints. The use of electron microscope allows to obtain the most reliable results, however, the possible magnification is too large and the assessment of the entire weld fracture is difficult because it does not fit in the field of observation. Observations conducted using optical microscopy at a slight magnification (5-10 times), in most cases allow to determine the nature of the destruction to a satisfactory degree, with limitations such as in the visual method.

5

Optymalizacja wytrzymałości połączeń klejowo-nitowych

Godzimirski J., Adameczek A.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2017

|

nr 2

7--12

PL

Połączenia nitowe dominują w budowie metalowych struktur lotniczych. Klejenie wykorzystywane jest w połączeniach hybrydowych klejowo-nitowych w celu zwiększenia trwałości zmęczeniowej połączeń nitowych lub ich uszczelnienia. Przeprowadzono badania eksperymentalne i obliczenia numeryczne w celu sprawdzenia w jakim stopniu rozmieszczenie nitów w hybrydowym połączeniu klejowo-nitowym wpływa na wytrzymałość doraźną i trwałość zmęczeniową takich połączeń. Badania wykazały większą trwałość zmęczeniową (niemal pięciokrotną) połączeń hybrydowych z nitami zbliżonymi do krawędzi połączenia w stosunku do próbek hybrydowych, w których nity rozmieszczone były zgodnie z zasadami wykonywania połączeń nitowych. Przeprowadzone badania wskazują na potrzebę takiego rozmieszczania nitów w połączeniach hybrydowych klejowo-nitowych, aby występowało jednoczesne niszczenie obu połączeń.

EN

The riveted bonds are mainly used to join aircraft parts. Adhesives are used in hybrid rivet-adhesive joints to increase fatigue life or to seal the bonds. The researches were done to check what rivets layout determine strength and fatigue life of hybrid joints. Experimental tests and numerical calculations were made. The researches proved higher fatigue life (about five times) of hybrid joints with rivets situated close of specimen edges – closer than in typical rivet joints. The rivets should be so situated in hybrid joints to obtain failure both adhesive layer and rivets at the same time.

6

Wyznaczanie krzywych naprężeń rzeczywistych z uwzględnieniem sztywności maszyny wytrzymałościowej i prędkości przesuwu trawersy

Godzimirski J.

Przegląd Mechaniczny

|

2017

|

nr 5

33--37

PL

Podstawowymi właściwościami wytrzymałościowymi materiałów konstrukcyjnych są: granica plastyczności, wytrzymałość doraźna oraz moduł sprężystości wzdłużnej. Współczesne maszyny wytrzymałościowe umożliwiają określenie granicy plastyczności i wytrzymałości doraźnej z dużą dokładnością, lecz określenie modułu sprężystości wzdłużnej wymaga zastosowania ekstensometru, ponieważ maszyna wytrzymałościowa mierzy jedynie przemieszczenia ruchomej trawersy, a nie wydłużenie badanego materiału. W statycznej próbie rozciągania nie uwzględnia się zmiany przekroju próbki, co powoduje, że uzyskiwana krzywa σ = σ (ɛ) jest tzw. krzywą inżynierską, wystarczająco dokładną do obliczeń wytrzymałości konstrukcji, ale nie do obliczeń parametrów przeróbki plastycznej metali. Zaproponowano metodykę uwzględniania sztywności maszyny wytrzymałościowej przy określaniu charakterystyki σ = σ (ɛ) badanych materiałów oraz prosty sposób opracowania krzywej naprężeń rzeczywistych na podstawie krzywej inżynierskiej. Oszacowano, jakiego rzędu błędy można popełnić nie uwzględniając w badaniach wytrzymałościowych sztywności maszyny wytrzymałościowej oraz odkształceń próbki w trakcie badań. Wykazano również istotny wpływ szybkości odkształceń materiałów, które pełzają w temperaturze otoczenia na ich charakterystyki σ = σ (ɛ).

EN

The principal strength properties of construction materials are: yield point, ultimate strength and Young's modulus. The modern testing machines make possible to carry out the yield point and the ultimate strength with high accuracy of measurement. The determination of Young's modulus needs to use an extensometer because the testing machine takes the displacement of testing machine cross-bar but not extension of the tested material. The change of cross-sectional area is not taking into account in static tensile test. It causes that deter-mined σ = σ (ɛ)curve is so called engineering curve that is sufficiently accurate for calculations of construction strength but isn't for calculations parameters of plastic working. The simple method was proposed to take into consideration the stiffness of testing machine in order to the determination of stress-strain curves of tested materials and simple method for determination true stress-strain curves on the basis of engineering curves. It was estimated how big error is made when testing machine stiffness and change of cross-sectional area is not take into account in static tensile test. It was shown essential influence of strain rate of creeping at ambient temperature materials on σ = σ (ɛ) curves.

7

Investigation of ballistic resistance of adhesive bonded multi-layer structures

Godzimirski J., Rośkowicz M., Komorek A.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2017

|

Vol. 19, no. 3

324--330

PL

Celem badań była ocena możliwości zastosowania opracowanych struktur wielowarstwowych do wytwarzania lekkich pancerzy, mogących znaleźć zastosowanie jako kuloodporne osłony balistyczne śmigłowców bojowych i innego lekkiego sprzętu wojskowego. Istotnym celem badań było również sprawdzenie możliwości łączenia metodą klejenia ceramiki typu SiC i Al2O3 z antybalistycznymi tkaninami polietylenowymi i aramidowymi. Odporność na przebicie była badana z wykorzystaniem stanowiska z działem helowym i ultraszybką kamerą. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, iż pakiety luźnych tkanin aramidowych charakteryzuje większa odporność na przebicie w porównaniu z kompozytami polimerowymi wytworzonymi z takich tkanin oraz kompozytami warstwowymi złożonymi z cienkich warstw metalowych i tkanin aramidowych. Ponadto zauważono, że warstwy ceramiczne znacznie zwiększają odporność na przebicie osłon balistycznych i ich stosowanie w takich osłonach wydaje się niezbędne oraz, że wklejenie płytek ceramicznych pomiędzy dwie cienkie blachy ze stopu aluminium i nie łączenie ich bezpośrednio z tkaninami aramidowymi zapewnia w przypadku uderzenia pociskiem zniszczenie małej powierzchni warstwy ceramicznej, a więc w małym stopniu zmniejsza właściwości ochronne osłony.

EN

The aim of the study was to evaluate the possibility of using multilayer structures for light armour, in which the elements of the ceramic type SiC and Al2O3 were bonding by adhesive joins with antiballistic polyethylene and aramid fabrics. Ballistic resistance shells was determined using for this purpose the test stand constructed on the basis of helium gun and high-speed camera. It has been shown that the laminated structure composed of thin metal layers and aramid fabrics as well as polymer composites made of aramid fabric has lower ballistic resistance than loose fabric packs. It was also demonstrated the functionality of the use of the ceramic component as a separate package, which the ceramic plates are adhesive bonded between the two layers of sheet metal. There is also evidence that fabrics composed of thin layers of material poorly connected with each other, should not be adhesively bonded to the ceramic. It proposed the preparation of specimens, which best reconstruct the load of ceramic plates adhesive bonded to fabric, which are made of lightweight bulletproof vests and ballistic panels.

8

Problemy klejenia komponentów z lekkich kompozytów odpornych na przebicia

Godzimirski J., Tkaczuk S.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2016

|

nr 2

40--46

PL

Zbadano przydatność kilku klejów do łączenia ceramiki typu SiC i Al2O3 z tkaniną aramidową Mikroflex. Zaproponowano próbki do badania wytrzymałości połączeń klejowych tych materiałów na ścinanie i oddzieranie. Przeprowadzone badania wykazały gorsze właściwości adhezyjne ceramiki SiC. Jednak w badaniach wytrzymałościowych na oddzieranie stwierdzono kohezyjne zniszczenie spoin klejowych na powierzchni ceramiki SiC. Założono, że przyczyną takiego zniszczenia może być ukosowanie krawędzi płytek, wytworzonych z tego materiału. Potwierdziły to przeprowadzone obliczenia numeryczne. Wynika z tego, że charakter zniszczenia połączeń klejowych (adhezyjny lub kohezyjny) wynika nie tylko z właściwości adhezyjnych powierzchni łączonych materiałów i właściwości kleju, ale również zależy od kształtu i sposobu obciążenia połączenia klejowego, z których wynika rozkład naprężeń w spoinie klejowej.

EN

Examining the feasibility of a number of adhesives for bonding ceramic type SiC and Al2O3 with aramid fabric Mikroflex. Proposed sample for testing the strength of adhesive bonds these materials shear and peel strength. The study showed poorer adhesion properties of SiC ceramics. However, strength tests peel found cohesive destruction of the adhesive joints on the surface of SiC ceramics. It was assumed that the cause of such destruction can be scarfing tiles made from this material. This was confirmed by numerical calculations carried out. It follows that the failure mode of the bond (adhesive or cohesive) derives not only from the surface of the adhesive properties of the joined materials and adhesive properties, but also depends on the shape and method of loading of the glue joint, which shows the stress distribution in the adhesive joint.

9

Lokalna hybrydyzacja jako metoda ułatwiająca łączenie części kompozytowych

Godzimirski J., Pietras A., Ciereszko M.

Przegląd Mechaniczny

|

2016

|

nr 11

40--43

PL

Wzmacniane włóknami kompozyty polimerowe stają się głównymi materiałami konstrukcyjnymi, stosowanymi w budowie współczesnych statków powietrznych. Jednym z problemów związanych ze stosowaniem tych materiałów jest opracowanie sposobów łączenia wytwarzanych z nich części (z częściami kompozytowymi lub metalowymi). Połączenia klejowe, stosowane do łączenia kompozytów, powinny być wzmacniane łącznikami mechanicznymi, ale kompozyty nie są odporne na naciski powierzchniowe występujące w połączeniach nitowych, śrubowych i sworzniowych. Jedną z metod, pozwalającą zwiększyć zakres stosowania połączeń mechanicznych przy łączeniu kompozytów jest ich lokalna hybrydyzacja, polegająca na umieszczaniu cienkich metalowych warstw między warstwami tkanin. Przeprowadzono badania porównawcze wytrzymałości połączeń kompozytu węglowo-epoksydowego oraz FML-a (hybrydyzowanego kompozytu) ze stopem aluminium.

EN

Polymer composites reinforced with fibers become the main construction materials used in the construction of modern aircraft airframes. One of the issues related with the use of these materials is development of methods of connecting products made from them (parts of metal or composite). Adhesive joints used to join composite should be reinforced with mechanical fasteners, but the composites are not resistant on the surface pressure occurring in the rivet joints, screw and the pin. One of the methods to allow greater use of mechanical connections when connecting composites is their local hybridization involving the placement of thin metal layers be-tween the layers of fabric. Comparative examination of strength of the car-bon-epoxy composite joint and FML-s (hybridized composite) with the aluminum alloy were done.

10

Badania właściwości połączeń klejowych ceramiki z tkaninami antybalistycznymi

Godzimirski J., Gieleta R., Rośkowicz M.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2016

|

Vol. 7, Nr 1 (23)

97--112

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań połączeń adhezyjnych stosowanych w procesie wytwarzania kamizelek kuloodpornych. Połączenia przygotowano na bazie tkanin polietylenowych i aramidowych oraz płytek ceramicznych typu SiC i Al2O3. Do łączenia materiałów wykorzystano kleje przeznaczone do łączenia tworzyw polimerowych: BONDICX 01 CX-80, POXIPOL 10 min, LOCTITE 3038, Scotch-Weld 8010, Professional Silikon Czarny i Terostat M9399. Stwierdzono, że tkaniny polietylenowe HB50 ROLL 401184C i HB26 ROLL 401400B, ze względu na ich niską wytrzymałość międzywarstwową oraz brak podatności do przesycania, nie nadają się do adhezyjnego łączenia ich z płytkami ceramicznymi. Na podstawie badań zaproponowano również rodzaj próbek, które w dobry sposób odwzorowują w kamizelkach obciążenie płytek ceramicznych przyklejonych do tkanin. Badania przeprowadzone z wykorzystaniem takich próbek wykazały, że klej Bondicx 01 najbardziej nadaje się do takich zastosowań.

EN

The research results of adhesive joints used in the manufacture of bulletproof vests were presented. The joints were prepared on the basis of polyethylene and aramid fabrics and ceramic tiles of SiC and Al2O3 types. For joining the materials, the following adhesives dedicated to bonding polymeric materials were used: BONDICX 01 CX-80, Poxipol 10 min, LOCTITE 3038, Scotch-Weld 8010, Professional Silicone Black, and Terostat M9399. It was found that the polyethylene fabrics HB50 and HB26 401184C ROLL ROLL 401400B, due to their low interlaminar strength and lack of compliance to supersaturation, are not suitable for their adhesive bonding with the tiles. On the basis of research, the test specimens were proposed which in the best way represent the loading of ceramic tiles which are bonded to the fabric. Tests with using such specimens demonstrated that the adhesive BONDICX 01 is the best solution for such applications.

11

The selected aspects of the research into impact loading of adhesive joints in błock samples - comparison of different ways of applying the load

Komorek A., Godzimirski J.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 4

77--91

EN

The research described in this article, relates to the survey methodology of błock bonded joints, dealing with one of its aspects. The authors have decided to check experimentally what impact on the results of the tests has the manner (direction) of applying the load and whether it is possible to compare the results obtained on two different research devices. Experimental studies have been completed with numerical calculations of the test cases. The research was carried out with impact dropping tools - Gabaldini Impact 25 and with a special machine designed to test adhesive joints. The energy used to tear off the upper part of the specimen, that is the energy lost by the dropping device, is the measure of the strength of impact loading of an adhesive bond. The sample elements were made of steel S235. The samples were examined using two different machines, however the applied hands allowed conducting an examination on both devices with samples of the same geometry. In order to bond the samples, the authors used Epidian 57 epoxide resin with Zł hardener. The results of experimental testing indicate that the impact strength of adhesive joints can be compared only if the research was carried out on the same test machine. Also, the direction of the load applied to the sample has a significant impact on the obtained results, as confirmed in the numerical calculations.

PL

Opisane w artykule badania odnoszą się do metodyki badań udarowych połączeń klejowych blokowych i rozpatrują jeden z jej aspektów. Autorzy postanowili sprawdzić eksperymentalnie, jaki wpływ na wyniki badań ma sposób (kierunek) przyłożenia obciążenia do próbki oraz czy można porównywać wyniki uzyskane na dwóch różnych urządzeniach badawczych. Badania eksperymentalne uzupełniono obliczeniami numerycznymi badanych przypadków. Badania przeprowadzano przy pomocy młotów wahadłowych - Galdabini Impact 25 oraz dedykowanego do badań połączeń klejowych. Energia zużyta do oderwania górnego elementu próbki, czyli energia wytracona przez wahadło, jest miarą wytrzymałości udarowej połączenia klejowego. Elementy próbek zostały wykonane ze stali S235. Próbki badano z wykorzystaniem dwóch różnych maszyn, jednak zastosowane uchwyty pozwoliły prowadzić badania na obydwu urządzeniach z zastosowaniem próbek o takiej samej geometrii. Do klejenia próbek wykorzystano żywicę epoksydową Epidian 57 z utwardzaczem Zł. Wyniki badań eksperymentalnych wskazują, że wytrzymałość udarową połączeń klejowych można porównywać, tylko jeżeli badania prowadzono na tej samej maszynie badawczej. Również kierunek przyłożenia obciążenia do próbki wywiera istotny wpływ na uzyskiwane wyniki, co potwierdzono także w obliczeniach numerycznych.

12

Ballistic resistance tests of multi-layer protective panels

Godzimirski J., Janiszewski J., Rośkowicz M., Surma Z.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2015

|

Vol. 17, no. 3

416--421

EN

Modern light-weight ballistic amours are usually multi-layer structures with low density. The aim of the study was to evaluate the possibility of using multi-layer structures for lightweight armour systems which may be applied as bulletproof ballistic panels of combat helicopters and other lightweight military equipment. The tested multi-layer structures were prepared on the basis of aramid fabrics, thin sheets of 2024-T3 aluminium alloy and Al2O3 and SiC ceramics. Additionally, the influence of adhesive connections between the components of the ballistic panels on their protective properties has been assessed. Absorbing energy of a spherical projectile was determined with the use of a laboratory stand consisted of a one-stage helium gas gun and a digital high speed camera. A penetration study on the selected multi-layer panels was also carried out with the use of Parabellum ammunition. It has been shown that the laminated structures composed of thin layers of metal and aramid fabric indicate a lower absorb energy-to-composite basic weight ratio than analogues ratios for metal sheets or fabrics used to produce laminated structures. Similarly, the sandwiches of loose aramid fabrics demonstrate greater ballistic resistance compared to the polymer composites made of such fabrics. There has been also demonstrated the desirability of the use of a ceramic component as a separate layer in which ceramic segments are glued between two layers of a thin metal sheet.

PL

Współczesne lekkie osłony balistyczne są zwykle strukturami wielowarstwowymi o małej gęstości. Celem badań była ocena możliwości zastosowania struktur wielowarstwowych na lekkie pancerze, mogące znaleźć zastosowanie jako kuloodporne osłony balistyczne śmigłowców bojowych i innego lekkiego sprzętu wojskowego. Badane materiały przygotowano na bazie tkanin aramidowych, cienkich blach ze stopu aluminium 2024-T3 oraz ceramiki typu Al2O3 i SiC. Dodatkowo oceniono wpływ zastosowania połączeń adhezyjnych pomiędzy komponentami osłon balistycznych na ich właściwości ochronne. Określono energię przebijania osłon wykorzystując do tego celu stanowisko zbudowane na bazie działa helowego oraz szybkiej kamery. Wykonano również próby przebicia wytypowanych osłon pociskiem naboju Parabellum. Wykazano, że klejone struktury złożone z cienkich warstw metalowych i tkanin aramidowych charakteryzuje mniejsza odporność na przebicie odniesiona do ich gramatury niż blach metalowych i tkanin, z których były wytwarzane. Również pakiety luźnych tkanin aramidowych cechuje większa odporność na przebicie w porównaniu z kompozytami polimerowymi wytworzonymi z takich tkanin. Wykazano celowość stosowania komponentu ceramicznego w postaci oddzielnego pakietu,w którym płytki ceramiki wklejone są pomiędzy dwie warstwy cienkiej blachy.

13

Naprężenia w hybrydowych kompozytach warstwowych typu FML spowodowane zmianą temperatury

Godzimirski J., Pietras A.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2014

|

nr 2

107--112

PL

Analiza wytężenia połączeń adhezyjnych pomiędzy warstwami komponentów tworzących hybrydowe kompozyty warstwowe daje możliwość kompleksowej oceny ich wytrzymałości. Ze względu, iż komponenty kompozytów typu FML cechują odmienne właściwości fizyczne (w tym również wartości współczynników rozszerzalności liniowej), uznano za celowe zbadanie oddziaływania zmian temperatury na powstające w materiale tzw. naprężenia termiczne. Analizę przeprowadzono w zakresie sprężystych i plastycznych odkształceń metalowego komponentu badanych materiałów, a rozpatrywanymi przypadkami były modele FML-i o budowie symetrycznej i niesymetrycznej. Wykazano, iż w kompozytach warstwowych o budowie symetrycznej obciążonych zmianą temperatury, małe wartości powstających naprężeń nie stanowią zagrożenia, które mogłoby spowodować zniszczenie połączeń adhezyjnych. W przypadku niesymetrycznej budowy hybrydowych kompozytów warstwowych zmiany temperatury powodują istotnie zwiększenie obciążeń połączeń adhezyjnych. Badania prowadzone były metodą symulacji numerycznej z wykorzystaniem do obliczeń wartości stałych materiałowych wyznaczonych w sposób eksperymentalny.

EN

An analysis of an effort adhesive joint between the layers of components forming hybrid layer composites, allows for the comprehensive assessment of their strength. Due to the fact that the components of FML composites are characterized by different physical properties (including values of the linear expansion coefficients), it was considered appropriate to study the effects of temperature changes in the material of so-called thermal stress. The analysis was carried out in a range of elastic and plastic deformation of the metal component of tested materials, and all the considered cases were FMLs models of symmetrical and asymmetrical structure. The results have shown that in the layer composites of symmetrical structure that were put under the pressure of temperature changes, a small value of achieved stresses did not prove to be a treat, and it did not cause a failure of the adhesive joint. However, in the case of the asymmetrical structure of a hybrid layer composites, the changes of temperature caused increasing encumbrances against the adhesive joint. The examination conducted in this analysis was the numerical simulation method with permanent material values that were appointed by an experiment.

14

Metodyka wykreślania krzywej σ = σ (ε) z uwzględnieniem sztywności maszyny wytrzymałościowej

Godzimirski J.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2014

|

Vol. 5, Nr 4 (18)

59-70

PL

Próba statycznego rozciągania jest podstawową próbą wytrzymałościową stosowaną do określania właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych, z których najważniejszymi są: granica plastyczności, wytrzymałość doraźna oraz moduł sprężystości wzdłużnej. Współczesne maszyny wytrzymałościowe umożliwiają określenie wartości granicy plastyczności i wytrzymałości doraźnej z dużą dokładnością. Określenie modułu sprężystości wzdłużnej wymaga zastosowania dodatkowo ekstensometru, ponieważ maszyna wytrzymałościowa mierzy jedynie przemieszczenia ruchomej trawersy, a nie wydłużenie badanego materiału. Przemieszczenia te są sumą odkształceń badanej próbki i odkształceń maszyny wytrzymałościowej. Zaproponowano metodykę uwzględniania sztywności maszyny wytrzymałościowej przy określaniu charakterystyki σ = σ (ε) badanych materiałów. Sztywność maszyny to w przybliżeniu liniowa zależność wydłużenia maszyny od siły. Znając tę zależność, można obliczyć wydłużenie maszyny dla określonej wartości siły. Wydłużenie to należy odjąć od przemieszczenia rejestrowanego przez maszynę, a obliczona różnica będzie wydłużeniem badanej próbki.

EN

The tensile test is a basis to determine strength properties in the constructional materials. The most important strength properties of materials are: yield point, ultimate strength, and Young’s modulus. The contemporary testing machines make possible to carry out the yield point and the ultimate strength with high accuracy of measurement. The determination of Young’s modulus needs to use an extensometer because the testing machine takes the displacement of the testing machine cross-bar but not extension of the tested material. The displacement is the sum of both, tested specimen deformation and testing machine one. The method is proposed to take into consideration the stiffness of the testing machine for determination of stress-strain curves of tested materials. The testing machine stiffness is approximated by a linear force-extension dependence of the machine. Therefore it is possible to calculate the machine extension for definite force. The extension should be taken away of the displacement recoded by testing machine for this force. The calculation result is the extension of a tested sample for definite force. The presented method is especially useful for compression test of short specimens.

15

Modelowanie spoin połączeń klejowych w obliczeniach MES

Godzimirski J., Pietras A.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2013

|

nr 4

40--44

PL

Rosnące zastosowanie konstrukcyjnych połączeń klejowych wymaga umiejętności obliczania ich wytrzymałości. W tym celu szeroko stosowane są obliczenia numeryczne MES. W pracy przedstawiono problemy modelowania spoin połączeń klejowych elementami typu solid w obliczeniach MES. Zaproponowano również metodykę określania parametrów elementu typu cohesive do modelowania spoin klejowych na podstawie badań wytrzymałościowych kleju. Przeprowadzono porównawcze obliczenia MES, w których spoiny modelowano elementami płaskimi i elementami typu cohesive. Wykazano, że stosowanie elementów typu cohesive może być bardziej przydatne do analizy wytrzymałościowej klejonych struktur niż do analizy wytrzymałości spoin klejowych.

EN

An increased usage of application of adhesive bonds takes necessary to calculate their strength. In order to do it, the FEM numerical calculations are universally used. The problems of modeling of adhesive layer by solid elements for FEM calculations are presented in this paper. The method that determines cohesive element parameters is also suggested on the basis of adhesive strength testing. The comparative FEM calculations are conducted where adhesive layer is modeled by 2D elements and cohesive element. It was proved that using of cohesive elements is more useful for an analysis of adhesively bonded structures; nevertheless it is less useful for an analysis of adhesive layer strength.

16

Dobór elementu typu cohesive do modelowania połączeń klejowych

Godzimirski J., Pietras A.

Mechanik

|

2013

|

R. 86, nr 7CD

199--206

PL

Klejenie stanowi cenne uzupełnienie innych metod łączenia części. Właściwe zastosowanie konstrukcyjnych połączeń klejowych umożliwia uzyskanie struktur lżejszych, o lepszych właściwościach wytrzymałościowych oraz bardziej technologicznych, a więc tańszych. Problematyka wytrzymałości połączeń klejowych jest dosyć skomplikowana ze względu na nierównomierny rozkład naprężeń w spoinach powszechnie stosowanych połączeń zakładkowych, zależny i od właściwości mechanicznych samego kleju, i od geometrii złącza. Modelowanie spoin klejowych sprawia problemy ze względu na ich wymiary, co stwarza konieczność budowania gęstych siatek w obszarach występowania spoin. W takim przypadku zasadne jest modelowanie spoin bezwymiarowymi elementami kontaktowymi o właściwościach spoiny typu cohesive. Celem prowadzonych badań było opracowanie metodyki doboru parametrów elementu typu cohesive do modelowania spoiny klejowej na podstawie znajomości właściwości mechanicznych kleju.

EN

The adhesive bonding constitutes valuable to supplementing other methods of joining parts. Applying structural adhesive joints enables to get lighter structures, about better strength and properties technological, so cheaper. Issues of the endurance of glue connections enough is complicated due to the uneven schedule of stresses in joints of universally appropriate lap joints, dependent both from mechanical properties of glue and from the geometry of the connector. The modeling of adhesive joints causes problems on account of their dimensions which necessitates build of dense mesh in areas of prevalence of joints In this case reasonable is modeling of joints with zero-dimensional contact elements about properties of the joint of the type cohesive. The aim of conducted examinations was development the methodology of the selection of parameters of the element type cohesive for the modeling of adhesive joints based on mechanical properties of glue.

17

Badania hybrydowych kompozytów warstwowych typu FML (Fibre Metal Laminate)

Godzimirski J., Pietras A.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2012

|

nr 2

52-56

EN

Laminar hybrid composites sort FML are laminates made of adhesively bonded thin metal sheets and layers of polymer composite reinforced by fibers. These materials show an intermediate property between metals and polymer composite reinforced by fibers. Limited application of these new materials is motivated by narrow expertise of their strength. The purpose of the research was to estimate the failure that might influence the FML material loading method. The numerical calculations were provided in this experiment with the elastic-plastic properties of metal component and orthotropic of composite components. It was pointed out that laminar hybrid composite may be damaged due to not only the strength exceed of components, but also as results of delamination because of the adhesive bonds failure.

18

Identyfikacja stałych materiałowych hybrydowych kompozytów typu Fibre Metal Laminates z wykorzystaniem metody homogenizacji

Godzimirski J., Pietras A.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2012

|

Vol. 3, Nr 3 (9)

55-69

PL

Przeprowadzono próbę obliczenia metodą elementów skończonych stałych materiałowych (Ex, Ey, Gxy, Vxy, Vyx) kompozytu polimerowego wzmocnionego tkaniną szklaną na podstawie znajomości właściwości fizycznych (gęstości) i mechanicznych (E, V) komponentów kompozytu oraz ich udziałów objętościowych. Obliczone wartości modułów sprężystości wzdłużnej okazały się o około 15% większe od określonych eksperymentalnie, co można wyjaśnić idealizacją modeli obliczeniowych, które nie uwzględniały wad strukturalnych rozpatrywanego materiału. Przeprowadzono również próbę obliczenia MES modułu sprężystości wzdłużnej materiału kompozytowego typu Fibre Metal Laminat. W tym przypadku wyniki obliczeń numerycznych były bliskie wynikom badań eksperymentalnych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że metoda homogenizacji może być przydatna jedynie do przybliżonego szacowania właściwości mechanicznych materiałów kompozytowych. Określenie rzeczywistych wartości stałych materiałowych wymaga przeprowadzenia badań eksperymentalnych.

EN

The attempt was undertaken for FEM calculation of material constants (Ex, Ey, Gxy, Vxy, Vyx) of polymer-matrix composite reinforced by glass fabric. The calculations were conducted on the basic of knowledge of physic properties (density), mechanic properties (Young's modulus, Poisson's coefficient) of components and weight in weight concentration of components. Calculated values of Young's modulus were in 15% bigger in comparison with experimentally determined one. It may be explained by idealization of computational models whose don't consider the structural defects of composite material. The attempt was undertaken also for FEM calculation of Young's modulus of Fibre Metal Laminat. In this case result of calculation was near' to experimental one. On the basis of conducted investigations it was certified that homogenization method may be useful for approximate estimate of composite materials properties. However the determination of true values of material constants require of experimental tests.

19

The choice of theory for adhesive layer effort

Godzimirski J., Rośkowicz M., Tkaczuk S.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 1

128-138

EN

In the paper, the problems of adhesive layer effort was considered. The experimental tests of adhesives bonds were conducted in order to determine breaking loads. A technique a finite element mesh of adhesive layer subjected to shearing was proposed. Next the numerical calculations were conducted in order to determine distribution of stresses in adhesive layers at breaking loads. The components of stress tensor were used for the analytical calculations of reduced stresses according to seven hypotheses. It was found out that the maximal principal positive stresses hypothesis, the maximum principal strain hypothesis and the strain energy hypothesis make possible to estimate the adhesive layer effort with similar accuracy. Shape and the dimensions of the steel (S355J2G3) single lap specimen, the compression curves for Araldite AW 136H, the maximal principal stress values in the most loaded element of the adhesive layer depending on the elements' dimensions, modelling versions of the tree-layer adhesive layer's edges, distribution of the maximal principal stresses along edge section, comparison of the maximal principal stress distribution along adhesive layer's length, the stress-strain curve for Belzona 1111 adhesive and for Epidian57/Z1 adhesive, distribution of maximum principal stresses in adhesive layer of single lap bond subjected to shearing, are presented in the paper.

20

Numerical analysis fiber metal laminates as adhesively bonded structures

Godzimirski J., Pietras A.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 1

117-127