Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of loading rate on energy absorption performance of epoxy composites reinforced with glass fabric

Bogusz P., Ochelski S., Panowicz R., Niezgoda T., Barnat W.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 2

110-114

EN

The article deals with the problem of investigating the correlations between the loading rate and absorbed energy capability dependence of composite energy absorbing structures. Energy absorbing structures dissipate impact kinetic energy by means of crushing their structure. Numerous investigations have been conducted to evaluate the dependence between the loading velocity and Energy Absorbed (EA) for composites, however, the results are quite different and sometimes inconsistent. The material properties defined during static tests are possible to be applied at the initial stage of numerical calculations. More advanced and accurate target simulations require data from dynamic load tests. Single energy absorbing elements and three-element energy absorbing structures were subjected to static and dynamic investigations. The single energy absorbing elements were tube-shaped and built of epoxy composites reinforced with glass fabric. Fragments of sandwich energy absorbing composite elements were prepared from three tube elements arranged symmetrically on an equilateral triangle plan and stuck between composite plates. Static and dynamic energy absorbing tests were conducted. The specimens were loaded statically on a tension machine - Instron 8802. The specimens were compressed at a constant load velocity equal to 40 mm/min (0.0007 m/s). The dynamic tests were performed on a spring impact hammer. The impact load velocity was about 6.0 m/s. Based on the obtained results, it was concluded that the load velocity of a glass/epoxy composite specimen crush leads to an EA decrease. B The behaviour of both single energy absorbing elements and multi-element fragments of energy absorbing constructions was compared.

PL

W pracy zbadano energochłonność kompozytów polimerowych wzmacnianych tkaniną szklaną w warunkach obciążeń dynamicznych i statycznych. Porównano zachowanie pojedynczych elementów energochłonnych i kilkuelementowych fragmentów konstrukcji energochłonnych. W licznych pracach przedstawionych w literaturze poświęconej tej tematyce podano wyniki badań wpływu prędkości na EA, jednak uzyskane w nich wyniki nie są jednoznaczne. W niektórych pracach stwierdzono, że EA nie zależy od prędkości uderzenia, natomiast w innych pracach - że EA rośnie lub maleje wraz ze wzrostem prędkości. Konstrukcje energochłonne ze swej natury narażone są na obciążenia udarowe. Pochłanianie energii uderzenia polega na zamianie ujemnego przyrostu energii kinetycznej impaktu na pracę niszczenia konstrukcji energochłonnej. W obliczenia numerycznych wymagane są dane materiałowe pozwalające na obliczenie zachowania się konstrukcji energochłonnej podczas obciążeń udarowych. W pierwszej fazie obliczeń można wykorzystać właściwości określone na podstawie badań statycznych, jednak w docelowych opracowaniach powinien znaleźć się model odzwierciedlający zachowanie się kompozytu w warunkach obciążeń dynamicznych. Badaniom statycznym i dynamicznym w zakresie prędkości obciążenia od 0,0007 do 6,0 m/s poddano pojedyncze elementy energochłonne i fragmenty przekładkowych konstrukcji energochłonnych. Materiałem próbek był kompozyt polimerowy z żywicy epoksydowej wzmacniany tkaniną szklaną o strukturze [(0/90)T]n. Pojedyncze elementy energochłonne wykonane zostały w postaci rurek o średnicy wewnętrznej 40 mm. Fragmenty przekładkowych konstrukcji energochłonnych złożono z trzech elementów energochłonnych rozłożonych symetrycznie na planie trójkąta równobocznego i przyklejonych pomiędzy przekładkami wykonanymi z płyt kompozytowych. Eksperymenty wykonano na dwóch stanowiskach badawczych. Energochłonne badania statyczne przeprowadzono na maszynie wytrzymałościowej z napędem hydraulicznym Instron 8802. Próbki były ściskane ze stałą prędkością obciążenia wynoszącą 40 mm/min. (0,0007 m/s). Badania dynamiczne przeprowadzono na sprężynowym młocie udarowym. Prędkość początkowa uderzenia wynosiła 6,0 m/s. Na podstawie otrzymanych wyników badań eksperymentalnych stwierdzono, że wzrost prędkości niszczenia próbek kompozytowych powoduje spadek energii absorbowanej w przedziale prędkości od 0,0007 do 6,0 m/s. Zarówno pojedyncze elementy energochłonne, jak również struktury energochłonne zachowują się podobnie. Energia absorbowana maleje wraz ze wzrostem prędkości obciążenia. Wyniki badań zostaną wykorzystane do budowy modelu numerycznego panelu ochronnego przeciw uderzeniom pociskami rakietowymi i minami.

2

Wpływ wypełnienia rurek elastomerami na mechanizm niszczenia i wartość energii absorbowanej

Ochelski S., Bogusz. P.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 2

285-296

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych elastomerów o twardościach: 40, 60, 70 i 90 w stopniach określonych metodą Shore'a w skali A. Z badań energochłonnych rurek kompozytowych wypełnionych elastomerami określono wpływ stopnia wypełnienia rurek i twardości elastomeru na wartość pochłanianej energii uderzenia. Przedstawiono też mechanizm niszczenia próbek oraz określono właściwości mechaniczne elastomerów o różnej twardości z prób rozciągania, ściskania i obciążenia okresowo zmiennego.

EN

The paper presents the results of experimental investigations of the influence of filling of the tubes with elastomers on their impact energy absorption capability. Elastomers of 40; 60; 70 and 90 hardnesses in the degrees determined by Shore's method in A scale were investigated. Composite tubes were made of epoxy resin matrix (E-53) reinforced with carbon fabric TENA X HTA (C/E) or glass fabric STR-012-350-110 (S/E) and filled with elastomers of a different filling degree level and hardness. The dimensions of the tubes subjected to the examinations were: diameter ø40 mm and length 50 mm. The degree of filling of the specimens with elastomers is determined by percentage filling of the inner volume of the tube with elastomer of different perforation size (the number and the diameter of the holes made in elastomers). The energy absorbing tests were performed on the testing machine Instron 8802. The specimens placed between two flat plates were compressed at the constant load rate equal to 40 mm/min. The maximal shortening of the specimens was equal to 30 mm. On the basis of these data, the graphs of crush force in terms of the specimen shortening were outlined (load – displacement). The influence of the degree of filling of the composite tubes and the elastomer hardness on the energy absorbing capacity was evaluated from the energy absorbing tests. The paper covers the discussion of the crush mechanism of the specimens. The mechanical properties of elastomers used in the tests were evaluated from axial tension and compression load as well as from changing load tests [3]. The results of the influence of filling of the composite tubes with elastomers with different filling degree and various hardness on EA value are presented in table 2. The results are average values from three tests performed for each kind of the specimen. The table contains the specimens' specification: type of composite, wall thickness, filling degree, elastomers hardness, maximum load, specimens; shortening and absorbed energy (EA). The illustrations (Figs. 3-7) present the exemplary graphs of load versus displacement dependences for various kinds of specimen specifications. The graphs 8 to 10 show dependences of filling degree, hardness, wall thickness and reinforcement type (C/E, S/E) on the energy absorbed by the given specimens (EA). The specimens filled with elastomers show different crush mechanism than the specimens without filling. Tubes without the filling material crush progressively by layer bending mode while the specimens filled with elastomers crush by crack along the side surface of the tube, which is caused by the pressure of the compressed elastomer inside (see Fig. 4). Filling of the C/E and G/E composite tubes with elastomers of different hardness causes the increase in crush force (at an average of 22% for C/E), what can be concluded from the investigation results presented in tables 2 and 3 as well as in Figs. 5-7. Along with the increase in a tubes' filling degree, the tube crush displacements highly decrease, what influences directly the EA value decrease (see Figs. 5 and 6). The C/E composite tubes filled with elastomers show greater EA than the analogical tubes made of S/E composite because C/E composite compression strength is significantly greater. This effect was shown in the tests of C/E and S/E of equal wall thickness (see Fig. 10). However, the EA value was slightly influenced by the hardnesses of elastomers (40°, 60°, 70°, and 90° ShA) which filled the tubes. The influence of the tube wall thickness of polymer composites on EA is increasing for all the examined cases of a tubes filling degree and elastomer hardness. It results from the tubes crushing by the layer bending, as the bending strength depends on the thickness in square. The points presented in Figure 8 indicate the experimental results and the solid lines arose in the result of describing the points with polynomials obtained by the minimum squares method. The approximations of the dependence degree of the filling on the absorbed energy value show that EA increases to the filling degree of about 22%, however, EA significantly decreases when it is over 22%. This effect occurs due to the circumferential stresses caused by the pressure inside the tube, which are induced by the compression of incompressible elastomers.

3

Wpływ prędkości obciążenia na zdolność pochłaniana energii kompozytowych elementów energochłonnych

Ochelski S., Bogusz B.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 4

91-101

PL

W artykule przedstawiono wyniki doświadczalnych badań wpływu prędkości uderzenia na energię absorbowaną (EA) przez kompozyty epoksydowe wzmacniane włóknami szklanymi i węglowymi o różnej strukturze. Przegląd literatury pokazał, że wpływ prędkości obciążenia na EA jest niejednoznaczny. W niektórych pracach stwierdzono, że EA nie zależy od prędkości uderzenia, natomiast w innych pracach, że EA rośnie lub maleje wraz ze wzrostem prędkości. Kompozyty polimerowe są tworzywami lepkosprężystymi, których właściwości mechaniczne (wytrzymałości na rozciąganie, ściskanie i moduły sprężystości) silnie zależą od prędkości odkształceń. Badaniom energochłonnym poddano próbki wykonane z kompozytów epoksydowych wzmocnionych matą szklaną i tkaniną szklaną o strukturze [(±45)T]n, które mają wysokie właściwości lepkosprężyste, a także kompozyty wzmocnione włóknami szklanymi i węglowymi o strukturze [(0/90)T]n, w których dominują właściwości sprężyste. Próby przeprowadzono w zakresie prędkości 0,0007-14,7 m/s.

EN

The paper presents the experimental investigations of influence of loading rate on the energy absorbed (EA) by selected polymer composites. There is a quite extensive literature examining this subject, but the obtained results do not reveal the unequivocal conclusions. In some cases, the loading rate does not influence the EA, in some cases a rising loading rate increases or decreases the EA. Due to viscoelastic properties of polymer composites, their mechanical properties (tensile strength, compression strength, elastic modulus) are strongly influenced by the loading rate. The work deals with energy absorbing tests of epoxy composites in the shape of tubes with different reinforcement orientation (different viscoelastic properties). Specimens made of epoxy resin reinforced with glass fibres in the form of fibre mats and fabrics [(±45)T]n have strong viscoelastic properties. Composite reinforced with glass and carbon fabrics [(0/90)T]n are mainly characterized by elastic properties. The energy absorbing tests were performed in the loading rate range form 0.0007 to 14.7 m/s.

4

Efekty cieplne w procesie dynamicznego niszczenia kompozytów polimerowych

Ochelski S., Bogusz P.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 4

79-90

PL

Przedstawiono wyniki doświadczalnych badań wpływu prędkości uderzenia na przyrost temperatury na powierzchni próbki. Podczas badań energochłonnych elementów kompozytowych następuje wzrost temperatury próbki, który jest zależny od prędkości uderzenia. Wzrost temperatury jest spowodowany tarciem cząsteczek niszczonej próbki i tarciem próbki o podporę maszyny wytrzymałościowej. W pracy [1] przeprowadzono badania dotyczące rozpraszania energii poprzez tarcie, podczas progresywnego niszczenia kompozytowych rurek, pomiędzy płytami o różnej chropowatości, natomiast nie dokonywano pomiaru temperatury próbek. W pracy podjęto próbę określenia wpływu prędkości obciążenia na temperaturę powierzchni niszczonej próbki. Przeprowadzono badania termowizyjne elementów energochłonnych, które wykonano z kompozytów polimerowych o różnym rodzaju wzmocnienia i o różnej strukturze. Badaniom dynamicznym z pomiarem temperatury poddano próbki wykonane z kompozytów epoksydowych wzmocnionych matą szklaną, które mają wysokie właściwości lepkosprężyste, a także kompozyty wzmocnione włóknami szklanymi i węglowymi o strukturze [(0/90)T]n, w których dominują właściwości sprężyste. Przy dużych prędkościach obciążenia, wzrost temperatury na powierzchni próbek był znacznie większy od temperatury mięknięcia żywicy epoksydowej.

EN

The paper presents the experimental results of loading rate influence on the temperature rise on the surface of polymer composites. The investigations showed that during the progressive crush of composite elements, the temperature of the specimen rises significantly, dependently on the loading rate. This effect is mainly caused by friction of composite molecules and friction between bended composite layers and the strength machine. In work [1], the investigations concerned the energy dissipation in progressive crush of composite tubes by a friction effect between composite material and steel plates with different surface roughness. In this case, the temperature was not measured. This work deals with the investigation of temperature growth on the surface of the composite energy absorbing elements in the shape of a tube. The dynamic tests were performed on polymer composites with different reinforcement orientation (different viscoelastic properties). Specimens made of epoxy resin reinforced with glass mat are characterized by strong viscoelastic properties. Composites reinforced with glass and carbon fabrics [(0/90)T]n have mainly elastic properties. The temperature field was measured by the infrared high speed camera. In high speed impact tests, the temperature was significantly higher than the melting temperature of the epoxy resin.

5

Wpływ wypełnienia rurek na zdolność pochłaniania energii uderzenia

Barnat W., Bogusz P., Ochelski S.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2009

|

Vol. 58, nr 3

87-101

PL

W artykule przedstawiono wyniki doświadczalnych badań wpływu wypełnienia próbek spienionymi tworzywami na zdolność pochłaniania energii uderzenia. Próbki w kształcie rurek wykonanych z kompozytu epoksydowego wzmocnionego tkaninami węglowymi i szklanymi, wypełniano spienionym aluminium i spienionym poli(chlorkiem winylu). Wykazano, że wypełnienie rurek zwiększa pochłanianie energii, gdy grubość ścianki rurki jest większa od 2 mm oraz energia pochłaniana rurki wypełnionej jest większa od sumy energii rurki bez wypełnienia i tworzywa spienionego. Badania wypełnionych rurek o grubości ścianek 1 mm wykazały mniejszą energię absorbowaną, ponieważ niszczyły się przy mniejszej sile aniżeli rurki bez wypełnienia.

EN

This paper presents the experimental investigations of the impact energy absorption capability of the composite tubes filled with different foamed materials. Inside the tube specimens made of epoxy resin reinforced with carbon and glass fabric, aluminum foam or PVC foam cylinders were glued. It was proved that the foamed material filling increases the impact energy absorption for composite specimens with wall thickness greater than 2 mm. The value of the absorbed energy is greater than the algebraic sum of the energy absorbed by the same specimen without filling and the energy absorbed by the foamed material cylinder. It was shown that the filled specimens with a thickness of 1 mm absorbed less impact energy than the specimens without filling, because the mean crush load was clearly lower.

6

Wpływ inicjatora niszczenia na wartość energii absorbowanej

Gieleta R., Niezgoda T., Ochelski S.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2008

|

Vol. 57, nr 1

127-144

PL

W pracy opisano wyniki badań wpływu inicjatora niszczenia elementów energochłonnych zastosowanych na rdzenie konstrukcji przekładkowych na zdolność pochłaniania energii uderzenia. Wykazano, że inicjatory zapewniają niszczenie progresywne elementu podczas ściskania, co wpływa na wartość pochłanianej energii. Przedstawiono różne rodzaje inicjatorów dla różnych kształtów elementów oraz określono, że elementy w postaci sfer, konstrukcji przekładkowej i stożków ściętych o kącie wierzchołkowym większym od 20° nie wymagają inicjatora niszczenia.

EN

The paper presents experimental results of the crush initiator influence on the energy absorption capability in the energy absorbing elements used in sandwich structure cores. It was proved, in the carried out compression tests, that crush initiators assure progressive crush which affects the absorbed energy. Many kinds of initiators with different shapes of elements were investigated. It was found that spherical elements, sandwich structures, and truncated cones with the vertex angle greater than 20° require no crush initiators.

7

Wpływ inicjatora niszczenia na wartość energii absorbowanej

Gieleta R., Niezgoda T., Ochelski S.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2007

|

z. 219

89--102

PL

W pracy opisano wyniki badań wpływu inicjatora niszczenia, elementów energochłonnych zastosowanych na rdzenie konstrukcji przekładkowych, na zdolność pochłaniania energii uderzenia. Wykazano, że inicjatory zapewniają niszczenie progresywne elementu podczas ściskania, co wpływa na wartość pochłanianej energii. Przedstawiono różne rodzaje inicjatorów dla różnych kształtów elementów oraz określono, że elementy w postaci sfer, konstrukcji przekładkowej i stożków ściętych o kącie wierzchołkowym większym o 20° nie wymagają inicjatora niszczenia.

EN

The paper presents experimental results of the crush initiator influence on the energy absorption capability in the energy absorbing elements used in sandwich structure cores. It was proved in the carried out compression tests that crush initiators assure progressive crush, which impacts on the absorbed energy. Many kinds of initiators with different element shapes are investigated. It is found that spherical elements, sandwich structures and truncated cones with the vertex angle greater than 20° require no crush initiators.

8

Diagnostics of ballistic resistance of multi-layered shields

Zatorski Z.

Archive of Mechanical Engineering

|

2007

|

Vol. LIV, nr 3

205-218

EN

In the presented work, the author describes a new diagnostic method of ballistic resistance of multi – layered shields. The proper ballistic energy absorbed by the shield is introduced in the form V2 BL[R] according to Recht's and Ipson's method, and V2 BL[Z] according to author's method. The kinetic energy of the bullet mp ź V2 p/2 and the momentum of force I are transferred to the shield and the dynamometer of ballistic pendulum. They are used to determine the proper energy V2 BL[Z] and ballistic thickness hBL of the shield. The procedure can be widened onto the absorption of the energy by individual layers of the shield, where: AHn an,bn – the effect of n – interlayer on proper energy absorbed by the shield. The effectiveness of the used methods is expressed by average effectiveness coefficient beta s of proper energy absorbed by the shield V2 BL as well as by average mass coefficients alpha 2 s. The ballistic shields can be composed of different grades of metal layers and interlayer areas with well-chosen ballistic properties. The maximization of interlayer effectiveness Nn[R] and Nn[Z] as well as relative mass effectiveness Ms[R] and Ms[Z] leads to optimum conditions of selection of multi–layered shields structures.

PL

W prezentowanej pracy opisano metodę diagnostyki odporności balistycznej osłon wielowarstwowych. Wprowadzono energię właściwą absorbowaną przez osłonę w ogólnej postaci V2 BL[R] zgodnie z metodą Recht i Ipson oraz V2 BL[Z] zgodnie z metodą autora. Absorpcja energii kinetycznej pocisku mpźV2 p/2 i impuls siły I przenoszony do dynamometru wahadła balistycznego pozwalają wyznaczyć energię właściwą V2 BL[Z] i V2 BL[R] oraz grubość balistyczną osłony hBL. Przedstawiona procedura została rozszerzona na absorpcję energii przez poszczególne warstwy osłony oraz różne rodzaje warstw metalowych i obszary międzywarstwowe o odpowiednio dobranych właściwościach balistycznych, gdzie: AHn an,bn – efekt n – tej międzywarstwy na energię właściwą absorbowaną przez osłonę. Efektywność użytej metody do wyznaczenia energii właściwej V2 BL została wyznaczona przez współczynnik efektywności beta s oraz współczynnik masowy alfa 2 s. Maksymalizacja efektywności międzywarstwej Nn[R] i Nn[Z] oraz względnej efektywności masowej Ms[R] i Ms[Z] ułatwia dobór struktury warstw i międzywarstw osłony. Weryfikację metody przeprowadzono na bazie wyników ostrzału osłon wielowarstwowych na opracowanym przez autora i zbudowanym w Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni stanowisku do badania odporności balistycznej materiałów.