Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Failure analysis of beam composite elements subjected to three-point bending using advanced numerical damage models

Różyło Patryk

Acta Mechanica et Automatica

|

2023

|

Vol. 17, no. 1

133-144

EN

This paper deals with the experimental and numerical analysis of three-point bending phenomenon on beam composite profiles. Flat rectangular test specimens made of carbon–epoxy composite, characterised by symmetric [0/90/0/90]s laminate ply lay-up, were used in this study. Experimental testing was carried out with a COMETECH universal testing machine, using special three-point bending heads. In addition, macroscopic evaluation was performed experimentally using a KEYENCE Digital Microscope with a mobile head recording real-time images. Parallel to the experimental studies, numerical simulations were performed using the finite element method in ABAQUS software. The application of the above-mentioned interdisciplinary research techniques allowed for a thorough analysis of the phenomenon of failure of the composite material subjected to bending. The obtained research results provided a better understanding of the failure mechanism of the composite material.

2

Experimental Verification of Numerical Calculations with the Use of Digital Image Correlation

Bajurko P., Dobrzański P.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2018

|

Nr 2 (251)

7--21

EN

The article presents the results of research work performed under the TEBUK project, aiming primarily to develop a reference methodology for assessing the impact of damage on the strength of structures made of carbon epoxy prepregs. The tests described in the paper were concerned with a fragment of the structure (FS) of the TEBUK project demonstrator, made of carbon epoxy composite, with an artificial circular delamination measuring 40 mm in diameter. Numerical and experimental test of FS have been performed under quasi-static compression load. The buckling of the skin observed in the delamination area, as well as the propagation of the latter were investigated. The numerical calculations have been performed with the use of the commercially available MSC Marc/Mentat calculation suite based on the Finite Elements Methods. Results of the numerical calculations have been compared with experimental measurements made with the use of the Digital Image Correlation (DIC) method. The tests performed aimed to provide a preliminary verification of the numerical model. The results obtained have shown a very good correlation between the numerical and experimental results concerned with critical load levels at which stability of the layers separated by delamination is lost (buckling). The lack of convergence of the numerical model’s results after exceeding the critical load values has rendered it impossible to unequivocally compare the results concerned with propagation of the delamination area.

PL

Artykuł dotyczy prac badawczych realizowanych w ramach projektu TEBUK, którego głównym celem było opracowanie wzorcowej metodyki oceny wpływu uszkodzeń na wytrzymałość konstrukcji wykonanych z preimpregnatów węglowo-epoksydowych. Obiektem prezentowanych badań był fragment struktury (FS) demonstratora projektu TEBUK wykonany z kompozytu węglowo-epoksydowego ze sztucznie wprowadzoną delaminacją kołową o średnicy 40 mm. Wykonano numerycznie i eksperymentalnie badania FS w warunkach quasi-statycznego obciążenia ściskającego, w trakcie których analizowano wyboczenie pokrycia w obszarze delaminacji oraz jej propagację. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w komercyjnym pakiecie obliczeniowym MSC Marc/Mentat bazującym na metodzie elementów skończonych. Wyniki analiz numerycznych porównywano z pomiarami eksperymentalnymi zmierzonymi metodą Cyfrowej Korelacji Obrazu (CKO). Przeprowadzone badania miały za zadanie wstępną weryfikację modelu numerycznego. Uzyskane wyniki wykazały bardzo dobrą zbieżność wyników numerycznych i eksperymentalnych dotyczących obciążeń krytycznych, w których następuje utrata stateczności (wyboczenie) warstw odseparowanych delaminacją. Natomiast brak zbieżności obliczeń w modelu numerycznym po przekroczeniu obciążeń krytycznych nie pozwolił jednoznacznie porównać wyników dotyczących propagacji delaminacji.

3

Wyznaczanie otworu ekwiwalentnego dla uszkodzeń poudarowych na podstawie badań wytrzymałości resztkowej

Bajurko P.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 3 (244)

18--25

PL

Prezentowane w artykule badania stanowią fragment prac, których celem było opracowanie wzorcowej metodyki oceny wpływu uszkodzeń na trwałość i wytrzymałość konstrukcji wykonanych z nowoczesnych materiałow kompozytowych. Prace te realizowano w Instytucie Lotnictwa w ramach projektu POIG TEBUK „Opracowanie technologii badań odporności na uszkodzenia lotniczych i kosmicznych kompozytowych struktur nośnych". W artykule zamieszczono porównanie wytrzymałości resztkowej prostokątnych próbek o wymiarach 150x100x3,96 mm po uderzeniu z energią 9 J i 18 J oraz czterech próbek z centralnie nawierconymi otworami o średnich 6,3 mm; 10 mm; 20 mm i 30 mm. Próbki wykonano z kompozytu węglowo-epoksydowego o konfiguracji zbrojenia tożsamej z układem warstw poszycia demonstratora TEBUK. Próbki po badaniach udarowych poddano badaniom ultradźwiękowym w celu określenia obrysu powstałej delaminacji. Zaprezentowano próby wyznaczenia średnicy otworu, który powoduje obniżenie wytrzymałości resztkowej do poziomu wytrzymałości, jaką ma próbka po uderzeniu z powyższymi energiami. Zebrane wyniki nie wystarczyły do jednoznacznego określenia średnicy ekwiwalentnego otworu, co spowodowane bylo brakiem wyraźnego związku między średnicą delaminacji/otworu a wytrzymałością resztkową badanych próbek.

EN

Studies presented in this article are part of work conducted in order to develop a reference methodology for assessing the impact of damage to the durability and strength of structures made of advanced composite materials. This work was carried out under the project TEBUK "Development of the technology for testing the resistance to damage of aviation and space composite load bearing structures, which is carried out in the Institute of Aviation. The paper presents comparisons of residual strength of carbon-epoxy rectangular plate 150x100x3.96 mm with damage after impact (9 J and 18 J) and holes of different diameters (6.3 mm; 10 mm; 20 mm and 30 mm). Tested samples were made of carbon-epoxy composite with reinforcement configuration identical to the layer system of TEBUK demonstrator. Samples after the impact test were subjected to ultrasonic inspection in order to determine the outline of delamination. The aim of the present study was to determine the hole diameter, which reduces the residual strength to the strength level of impacted plate. The collected results were insufficient to uniquely identify an equivalent diameter of the hole, which was caused by the lack of a clear relationship between the diameter of the delami nation/hole and residual strength of the tested samples.

4

Numerical Analysis of Stability of Thin-Walled Composite Column with Open Cross-Section

Dębski H.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. 17, nr 1

29–-35

EN

In the paper a numerical analysis of both critical and post–critical state of a thin–walled channel–section simply supported beam under axial compression. The beam was made of carbon–epoxy symmetrical composite prepared with a pre–preg technology using 8 layers of unidirectional band. The numerical simulations were performed with Finite Elements Method (FEM) in Abaqus and Ansys environment and an analytical–numerical method based on the Koiter theory of conservative systems stability. The value of critical load was estimated according to the Tsai–Wu stress criterion. The performed calculations enabled critical state identification, as well as deformation states and effort analysis of the laminate structure in post–critical state.

5

Dynamic Response of Viscoplastic Thin-Walled Griders in Torsion

Czechowski L.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. 17, nr 1

7--16

EN

This work deals with an analysis of isotropic or orthotropic girders subjected to transient dynamic loads. The duration of dynamic loading was assumed to be equal to a period of the natural fundamental flexural vibrations of a structure under analysis. Numerical calculations were performed with the finite element method using ANSYS ® 11.0 software. The results of computations were presented as maximum angle of the rotation of the girder in a function of the dynamic load factor, DLF (the ratio of pulse loading amplitude to static critical load). In study it has been taken into account apart from the elastic–plastic range of material with isotropic hardening as well as the strain rate effect described by Perzyna model.

6

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.

7

Modyfikacja procedury wyznaczania zależności Parisa-Erdogena dla laminatu weglowo-epoksydowego w warunkach i sposobu pękania

Szeląg D., Czajkowska K., Lorenc Z., Czarnocki P.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2011

|

Nr 12 (221)

182-188

PL

W związku z brakiem ogólnie przyjętej standardowej procedury wyznaczania odporności na rozwarstwienia laminatów ze spoiwem polimerowym, w pracy do tego celu adaptowano normę ASTM E647. Dla uniknięcia konieczności bezpośredniego monitorowania rozwoju rozwarstwienia zaproponowano modyfikację wymagań tej normy, polegające na wyznaczaniu długości rozwarstwienia na podstawie zmian podatności próbki. Wyniki wskazują, iż jest to możliwe, jednak w celu podwyższenia ich wiarygodności konieczne jest wykonanie interlaboratoryjnych badań na obszerniejszej partii próbek, wykonanych ze zróżnicowanych materiałów.

EN

Designed for metals ASTM E647 standard test procedure was adapted for determination of Paris-Erdogen relationship for carbon-epoxy laminate. To eliminate the need for continuous monitoring of delamination growth during the test the new procedure was applied that takes advantage of compliance changes resulting from delamination growth. The test results indicate that such a procedure is promising one however additional interlaboratory test should be carried out with the use of larger number of specimens made of various laminates to enhance reliability of the procedure.