Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling of the aerospace structure demonstrator subcomponent

Bajurko Piotr

Transactions on Aerospace Research

|

2019

|

Nr 1 (254)

37--52

EN

Carbon-epoxy composite materials, due to their high strength in relation to mass, are increasingly used in the construction of aircraft structures, however, they are susceptible to a number of damages. One of the most common is delamination, which is a serious problem in the context of safe operation of such structures. As part of the TEBUK project, the Institute of Aviation has developed a methodology for forecasting the propagation of delamination. In order to validate the proposed method, an aerial structure demonstrator, modelled on the horizontal stabilizer of the I-23 Manager aircraft, was carried out. However, in order to carry out the validation, it was necessary to "simplify" the demonstrator model. The paper presents a numerical analysis conducted in order to separate from the TEBUK demonstrator model a fragment of the structure, which was used to study the delamination area, as an equivalent of the whole demonstrator. Subcomponent selection was carried out in several stages, narrowing down the analysed area covering delamination in subsequent steps and verifying the compliance of specific parameters with the same parameters obtained in a full demonstrator model. The parameters compared were: energy release rate values on the delamination front line and strain values in the delamination area. The numerical analyses presented in the paper were performed with the use of the MSC.Marc/Mentat calculation package. As a result of the analyses, a fragment of the structure was selected, which allows to significantly reduce the time and labour consumption of the production of the studied object, as well as to facilitate experimental research.

PL

Węglowo-epoksydowe materiały kompozytowe ze względu na ich wysoką wytrzymałość w stosunku do masy są coraz częściej wykorzystywane do budowy struktur lotniczych, są jednak podatne na szereg uszkodzeń. Jednym z najczęściej spotykanych jest delaminacja, która stanowi poważny problem w kontekście bezpieczeństwa eksploatacji takich struktur. W Instytucie Lotnictwa w ramach projektu TEBUK opracowano metodykę, pozwalającą prognozować propagację rozwarstwień. W celu walidacji zaproponowanej metody wykonano demonstrator struktury lotniczej, wzorowany na stateczniku poziomym samolotu I-23 Manager. Jednak do wykonania walidacji niezbędne okazało się „uproszczenie” modelu demonstratora. W artykule przedstawiono analizę numeryczną, przeprowadzoną w celu wyodrębnienia z modelu demonstratora TEBUK fragmentu struktury, który wykorzystano do badania obszaru delaminacji, jako ekwiwalent całego demonstratora. Wytypowanie subkomponentu przeprowadzono w kilku etapach, zawężając w kolejnych krokach analizowany obszar obejmujący delaminację i weryfikując zgodność określonych parametrów z tożsamymi parametrami uzyskanymi w modelu pełnego demonstratora. Porównywanymi parametrami były: wartości współczynnika uwalniania energii (WUE) na linii frontu delaminacji oraz wartości odkształceń w obszarze delaminacji. Prezentowane w pracy analizy numeryczne wykonano za pomocą pakietu obliczeniowego MSC.Marc/Mentat. W rezultacie przeprowadzonych analiz wytypowano fragment struktury pozwalający w znacznym stopniu ograniczyć czasochłonność i pracochłonność wytwarzania badanego obiektu, a także ułatwić przeprowadzenie badań eksperymentalnych.

2

Modelling of composite elements of power transmission systems considering nonlinear material characteristics

Dąbrowski Z., Dziurdź J., Deuszkiewicz P.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2018

|

no. 3

87--94

EN

Engineering calculations of elements of the power transmission systems made of high-strength carbon-epoxy and carbon-aramid composites are very difficult due to the lack of reliable data concerning non-linear features of these materials. This paper presents a proposal of building and identifying a dynamic model of bi-supported drive shaft. A properly identified mathematical model allowed predicting dynamic behaviours at various velocities of start-up and braking.

PL

Inżynierskie obliczenia elementów układów przeniesienia mocy wykonanych z wysokowytrzymałych kompozytów węglowych i węglowo-aramidowych napotykają na znaczne trudności z powodu wiarygodnych danych dotyczących nieliniowych cech materiałowych. W pracy przedstawiono propozycję budowy i identyfikacji modelu dynamicznego dwupodporowego wału maszynowego. Dobrze zidentyfikowany model matematyczny pozwolił na predykcję zachowań dynamicznych przy różnych prędkościach rozruchu (hamowania).

3

Relaxation of process-induced stresses in composite parts – mixed experimental-numerical approach

Galińska A.

Engineering Transactions

|

2018

|

Vol. 66, iss. 2

111-128

EN

The main source of the process-induced deformations are stresses which occur in composite parts during cure. Those stresses cause unexpected reduction of the part strength which may bring about catastrophic consequences. The measurements of the process-induced stresses in composite parts are very difficult, so the problem has been neglected so far. Therefore, in the scope of the present work an attempt is made to evaluate the stresses in composite parts made of carbon/epoxy unidirectional prepreg by a numerical simulation. The results of the simulation are verified by the comparison of the calculated and measured deformations of a composite part. Since the composite materials exhibit viscoelastic behaviour, some of the process-induced stresses in composite parts may be relaxed during exploitation of the part, which may lead to the decrease of the undesired process-induced stresses. Therefore, a user defined viscoelastic-orthotropic material model was developed in order to take into account the stress relaxation. Such an approach allowed to evaluate the process-induced stress level in composite parts during exploitation without difficult and time-consuming experiments.

4

An engineering approach to modelling process-induced deformations of double-curved composite elements

Osmęda A.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 2

66-71

EN

Since deformations induced in composite elements during curing are a problem well-known to engineers that design composite structures, compensating for them is one of the most interesting issues in the field of composite manufacturing. The present work proposes a simple method that allows one to predict process-induced deformations. Development of the method starts with determining and measuring in experiments the factors that contribute to the deformations. These factors are then used in the FEM model to calculate the deformations of a double-curved composite element. The calculated deformations are verified by comparison to the measured deformations of an equivalent sample element. The comparison shows that the model used in the present work enables one to predict 80% of process-induced deformations of a composite double-curved element. Although the accuracy of the prediction is not excellent, the method enables estimation of the deformations and may be used as a base for significant improvement of composite element dimensional accuracy. Taking into account that the computational model used in the method is simple and may be implemented in commonly used FEM software, it appears to be a useful tool for any engineer dealing with composite elements design.

PL

Ze względu na to, że deformacje powstające w czasie procesu wytwarzania elementów kompozytowych są istotnym problemem dla inżynierów projektujących struktury kompozytowe, kompensacja tych deformacji jest zagadnieniem cieszącym się dużym zainteresowaniem. W niniejszej pracy zaproponowana został prosta metoda, która pozwala przewidywać deformacje powstające w czasie procesu wytwarzania. Pierwszym jej etapem było wyszczególnienie i zbadanie eksperymentalne czynników, które powodują powstawanie deformacji. Następnie czynniki te zostały uwzględnione w modelu MES w celu obliczenia deformacji kompozytowego wyrobu o nierozwijalnej geometrii. Na końcu obliczone deformacje zostały zweryfikowane przez porównanie ze zmierzonymi deformacjami elementu, dla którego wykonane zostały obliczenia. Porównanie to wykazało, że dzięki zaproponowanej metodzie można przewidzieć 80% deformacji kompozytowego elementu o podwójnej krzywiźnie. Chociaż dokładność metody nie jest idealna, pozwala ona na oszacowanie deformacji, które może stanowić podstawę do znacznego poprawienia dokładności wymiarowej wyrobów kompozytowych. Jeżeli zostanie wzięte pod uwagę to, że użyty model obliczeniowy jest bardzo prosty i może być zaimplementowany za pomocą powszechnie używanego oprogramowania MES, przedstawiona metoda okazuje się być użytecznym narzędziem dla inżynierów zajmujących się projektowaniem struktur kompozytowych.

5

A study of thermal diffusivity of carbon-epoxy and glass-epoxy composites using the modified pulse method

Terpiłowski J., Piotrowska-Woroniak J., Romanowska J.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 3

117--128

EN

Transient heat transfer is studied and compared in two plane-parallel composite walls and one EPIDIAN 53 epoxy resin wall acting as a matrix for both composites. The first of the two walls is made of carbon-epoxy composite; the other wall is made of glass-epoxy composite, both with comparable thickness of about 1 mm and the same number of carbon and glass fabric layers (four layers). The study was conducted for temperatures in the range of 20-120 °C. The results of the study of thermal diffusivity which characterizes the material as a heat conductor under transient conditions have a preliminary character. Three series of tests were conducted for each wall. Each series took about 24 h. The results from the three series were approximated using linear functions and were found between (0.7-1.35) x 10-7m2/s. In the whole range of temperature variation, the thermal diffusivity values for carbon-epoxy composite are from 1.2 to 1.5 times higher than those for the other two materials with nearly the same thermal diffusivity characteristics.

6

Analiza modalna skrzypiec kompozytowych z mechanizmem regulowanej duszy

Liszka I., Bocian M., Kurowski J.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 4 (154)

370--373

PL

Celem pracy było przebadanie wpływu mechanizmu regulowanej duszy na akustykę skrzypiec kompozytowych wykonanych z włókna węglowego oraz porównanie ich akustyki z instrumentem tradycyjnym. Porównanie akustyki dokonywano za pośrednictwem analizy częstotliwościowej drgań własnych instrumentów. Analizę modalną przeprowadzono przy wymuszeniach za pomocą młotka modalnego. Zauważono, że regulacja duszy wpływa na odpowiedź częstotliwościową instrumentu, która różni się od odpowiedzi częstotliwościowej instrumentu tradycyjnego. W wyniku analizy modalnej uzyskano 8 mod dla instrumentu kompozytowego, których kształt był taki sam dla różnych poziomów wkręcania duszy, natomiast zauważono różnicę w wartościach otrzymanych amplitud. Zaobserwowano, że kształt dwóch pierwszych mod uzyskanych dla skrzypiec kompozytowych jest taki sam jak kształt trzech pierwszych mod uzyskanych dla skrzypiec drewnianych.

EN

The aim of this study was to investigate the impact of the regulated sound post mechanism on the acoustics properties of the composite violin. The modal analysis method was used to get the instrument’s frequency. The results were compared with the results of the traditional violin. It was noted that the adjustment of the regulated sound post mechanism affects the frequency response of the instrument, which also differs from the frequency response of the traditional instrument. As a result of modal analysis, for the composite instrument 8 mods were obtained, the shape of which were the same for different levels of turning round the sound post, values of the amplitudes differed, however. It was noted that the shape of the first two mods for the composite violin is the same as the shape of the first three mods of the wooden violin.

7

Odporność kompozytów epoksydowo-węglowych na uderzenia udarowe przy niskich prędkościach

Jakubczak P., Bieniaś J., Dragan K.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2012

|

[R.] 18, nr 3

205-209

PL

Laminaty epoksydowo-węglowe są nowoczesnymi materiałami konstrukcyjnymi stosowanymi przede wszystkim w technice lotniczej z uwagi na wysokie właściwości mechaniczne w odniesieniu do gęstości. W czasie eksploatacji poza własnościami wytrzymałościowymi duże znaczenie ma także odporność na udarowe uderzenia skupione (impact), w tym uderzenia udarowe przy niskich prędkościach. Przy dostatecznie niskich energiach następuje utrata spójności wewnątrz struktury w postaci delaminacji niewidocznych przy ocenie makroskopowej elementów. W pracy przedstawiono badanie odporności na uderzenia przy niskich energiach laminatów epoksydowo-węglowych o różnych układach włókien, wytworzonych metodą autoklawową z jednokierunkowej taśmy preimpregnowanej. Zastosowano energie uderzenia w zakresie 1,5-5 J. Wyznaczono wykres zmian siły w czasie uderzenia, siłę maksymalną oraz siłę inicjacji utraty spójności kompozytu. Ponadto wyznaczono obszar zniszczenia ultradźwiękową metodą echa. Zauważono, że układy jednokierunkowe charakteryzują się niską odpornością na uderzenia. Układy wielokierunkowe w mezo- i makro- skali cechują się odpornością na udarowe uderzenia skupione w zakresie zastosowanych energii, jednak często tracą wewnętrzną spójność poprzez powstawanie delaminacji. Ponadto wraz ze wzrostem energii uderzenia wzrasta obszar zniszczenia w laminatach epoksydowo-węglowych.

EN

Carbon-epoxy laminates are modern construction materials used primarily in aerospace due to high mechanical properties in relation to density. During operation, besides strength properties great importance has resistance to impact, including the low-velocity impact. With sufficiently low energies of impact loss of cohesion inside structure is created in the form of delaminations which are invisible in the macroscopic assessment of elements. The laminates response to low velocity impact of carbon-epoxy laminates using hemispherical tipped impactor (diameter 38.1 mm) were analyzed. Laminates with different layers configurations were manufactured by autoclave method with unidirectional prepreg tapes. Impact energies in the range 1.5-5 J were applied. Diagram of changes of force at the time were determined, maximum and also first crack initiation forces. Furthermore impact damage zone was designated with ultrasonic methods. It was noted that unidirectional layouts have no practical impact resistance. multidirectional systems in meso- and macro-scale is characterized by resistance to impact the energy used, but often lose their internal cohesion in the form of delaminations. Moreover, with increasing impact energy is increasing generated damage area.

8

Detekcja przemieszczeń warstw włókien wzmacniających w kompozytach epoksydowo-węglowych metodą termografii aktywnej

Pawlak S., Muzia G.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2012

|

[R.] 18, nr 4

341-344

PL

W artykule pokazano możliwość zastosowania termografii aktywnej do detekcji przemieszczeń warstw włókien wzmacniających w kompozytach epoksydowo-węglowych typu CFRP (ang. Carbon Fibre Reinforced Plastic). Próbki do badań wykonano tak, aby "symulowały" kompozyt, w którym doszło do przemieszczenia się części warstw włókien wzmacniających podczas wytwarzania. Na podstawie uzyskanych sekwencji obrazów termograficznych wyznaczono charakterystyki czasowo-temperaturowe pochodzące z obszarów kompozytu o różnej liczbie warstw. Przeprowadzona analiza wyników badań pozwoliła stwierdzić, że zaproponowana metoda badawcza może być zastosowana do detekcji przemieszczeń warstw włókien wzmacniających w kompozytach warstwowych epoksydowo-węglowych.

EN

A possibility of application of active thermography for the detection of displacement of fiber-reinforcement plys in carbon-epoxy (CFRP) composites has been presented in this article. The specimens were prepared to simulate the composite material with displacement of part of woven fabrics plys. On the basis of obtained thermal images the temperature-time dependences from two areas of composite with different number of plys were extracted. The analysis of obtained results showed that the proposed testing method can be applied in detection of displacement of fiber-reinforcement plys in carbon-epoxy composites.

9

Carbon - epoxy composite fatigue strength - experiment and fem numerical estimation

Derewońko A., Gieleta R.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 3

103-110

EN

The development of composite materials characterized by the constant amelioration of their mechanical properties (stiffness and strength) has widened their application for structural elements, mainly in aeronautical, naval and automobile industries. The possibility of tailoring the composite’s properties appropriately to the applied load (by changing the direction of the fibre alignment and applying a corresponding matrix) results in the growing importance of the design process. The paper presents a numerical technique of determining the fatigue strength of the laminated carbon–epoxy composite. The experimental investigations were carried out to determine the complete set of the stiffness characteristics Eij, Gij, ..ij, the strength characteristics ..i,n, ..i,n. and the S-N fatigue curves. The static and fatigue numerical calculations were carried out for the material anisotropic model of the particular composite layers. Eight-node 3D finite elements with the composite’s properties were used to develop the specimen’s numerical model. The contact problem between the composite layers enabling the reflection of a mutual interaction was taken into account. The numerical investigation also included the state of effort analysis and the fatigue life assessment of the composite. The assessment of the composite’s fatigue life was performed using the MSC.Fatigue code. The verification of models and numerical analysis was carried out for composite specimens made of the CE 8201-245- 45/120 prepreg. The experimental verification confirmed that the places of the lowest fatigue life, found out in numerical analysis, are located in the area of the gauge part.

10

The influence of carbon roving impregnation technology on the structure and properties of carbon-epoxy composites

Rodziewicz M., Awietjan S., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 1

25-29

EN

The results of the studies are the part of experimental work upon carbon-epoxy composites (CFRP) reinforced with uni-directional roving (TJD) for aeronautical applications. These types of composites are used for wing spars of gliders production. The aim of research was to develop a new composite materials for 18-meter class glider construction. To realize a competitive glider in this class, a very high strength as well as lightweight material is needed. Only carbon-epoxy composites possess such properties. The influence of roving impregnation devices technology on structure and properties of composites has been investigated. A series of roving impregnation devices has been made and modified to obtain composites with uniform structure and good mechanical properties. Two types of impregnation devices were used in this work for composites production. These can be divided into two groups: vacuum devices and roller devices. This division shows the main principle, which the device uses to impregnate and deaerate roving in particular groups. The structure of obtained composites has been controlled with reflected light microscope. It has been found that observations of the sections made perpendicular to fibers layout direction give rather representative image of composites structure. Structural observations allowed evaluation of used production methods and their influence upon composite quality. The aim of the study was to fulfill Joint Airworthiness Requirements JAR-22 Gliders and Motor Gliders. During the tests these requirements were fulfilled and compression strength of over 800 MPa at 54°C has been obtained.

PL

Wyniki prowadzonych badań stanowią część prac badawczych kompozytów węglowo-epoksydowych (CFRP) zbrojonych rovingiem o ułożeniu jednokierunkowym (UD). Przeznaczeniem tego typu struktur kompozytowych są konstrukcje lotnicze. Kompozyty zbrojone włóknem rovingowym są stosowane do wytwarzania pasów dźwigarów skrzydeł w szybowcach. Celem badań było opracowanie nowych materiałów kompozytowych do konstrukcji szybowców klasy 18-metrowej. Do wykonania konkurencyjnego szybowca w tej klasie potrzebny jest materiał o szczególnie wysokich właściwościach wytrzymałościowych, a jednocześnie jak najlżejszy. Warunki takie spełniaj;) jedynie kompozyty węglowo-epoksydowe. Badano wpływ urządzeń zastosowanych do impregnacji rovingu na strukturę i właściwości uzyskiwanych kompozytów. Wykonano szereg urządzeń do impregnacji (rys. rys. 1-4) i poddano je modyfikacji tak, by wytwarzać coraz to lepsze kompozyty. Strukturę kompozytów kontrolowano przy użyciu mikroskopu świetlnego odbiciowego (rys. 8). Dążono do spełnienia wymagań postawionych w przepisach technicznych budowy szybowców JAR-22. Opracowano urządzenie, dzięki któremu udało się spełnić te wymagania, uzyskano wytrzymałość kompozytu na ściskanie w temperaturze 54°C powyżej 800 MPa (rys. 7).

11

Badania kompozytu węglowo-epoksydowego o strukturze typu UD

Rodzewicz M., Jaśkowski P., Boczkowska A., Kurzydłowski K. J.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 12

414-420

PL

Praca dotyczy badań kompozytu węglowo-epoksydowego (CFRP) o strukturze typu UD (Unidirectional) zbrojonego jednokierunkowo rowingiem. W konstrukcjach lotniczych struktura taka występuje w najbardziej obciążonych elementach, jakimi są pasy dźwigarów skrzydeł. Obciążeniem wymiarującym przekrój pasów jest tu ściskanie. Dla konstruktora bardzo istotna jest informacja odnośnie do wytrzymałości na ściskanie przy różnych stopniach zbrojenia zależnie od temperatury. Dotyczy to temperatury pokojowej oraz temperatury 54°C, tak jak tego wymagają przepisy techniczne budowy szybowców JAR-22. Jest to główny wątek badawczy niniejszej pracy. Określono bezwzględne wartości wytrzymałości i modułu sprężystości kompozytu podczas zginania, jak też wartości wytrzymałości odniesione do gęstości (wytrzymałość właściwa) oraz do liczby pasm rowingu w przekroju próbki (siła niszcząca na jedno pasmo rowingu). Dodatkowym wątkiem badawczym jest wpływ sposobu przygotowania próbek na wyniki badań wytrzymałościowych. W niniejszej pracy dotyczy on wpływu zmian długości (smukłości) próbek na wyniki testów wytrzymałości na ściskanie badanych kompozytów. Jest sprawą oczywistą, że stosowana metodyka badań musi zapewniać małą wrażliwość wyniku testu na odchyłki długości próbek, wynikające np. z niedokładności wykonawczych. Osiągnięty rezultat potwierdza, że przyjęta metoda przygotowania próbek jest właściwa i daje mały rozrzut wyników.

EN

The subject of the paper concerns the investigations into mechanical properties of the CFRP composite (Carbon Fiber Reinforced Plastics) of the UD-structure. Such a composite structure exists in the most loaded elements of the aircrafts, especially in the wing spar cups. It is very important for the constructor to know the relationships between the compression strength and the fibers volume fraction, obtained at the room temperature (RT) and also at the 54°C, as it is stated in the Join Airworthiness Requirements JAR-22 Gliders and Motor Gliders. It is the main subject of the presented paper. It contains such results as absolute values of compression strength (Fig. 7) and bending modulus (Fig. 10) and also the values related to the density of composite (i.e. specific compression strength - Fig. 8) or the values related to the number of roving strands in the cross-section of the specimen (i.e. fracture force for single roving strand - Fig. 9). The influence of the specimens preparation on the results of the compression strength tests is the additional subject of the work. Recently it concerns the problem of the specimens length influence on the strength tests results. It is quite obvious that the method of strength test should ensure insensitivity of the test result to the specimen length deviation (caused for example by technological process errors). The result obtained confirms, that applied method of specimen preparation is correct and ensures small deviation of the strength tests results. Apart of the strength test - another investigation was directed into microscopy analysis of the composite structure (Figs 12 and 13) using light and SEM microscope as well.