Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Computational and experimental study of the strength of a composite drive shaft

Bolshikh Aleksandr

Transport Problems

|

2021

|

T. 16, z. 1

75--86

EN

This computational and experimental work is dedicated to the development of promising designs of vehicle drive shafts made of polymer composite materials. This paper analyzes the existing models of drive shafts of “Formula Student” class vehicles and substantiates the use of a carbon-fiber drive shaft with titanium tips. A manufacturing technology for such a product is also presented. Evaluation of structure performance under the action of ultimate loads was carried out by the finite element method. Prototypes of composite drive shafts were produced for further laboratory and field tests. The author proposed a new design of composite drive shafts and a method for calculating the strength of the proposed design; the results were verified by bench laboratory and field tests. From the results of this work, conclusions about the performance of the developed structures and their applicability to racing cars were drawn.

2

Research of dependence of the damage area on tow width on filament-wound composite tubes

Bobrowska M., Barcikowski M., Rybczyński R.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2017

|

Nr 1 (246)

7--14

EN

This paper explores the effect of tow width on the damage area produced by high velocity impacts on glass fiber/epoxy composite structures made by filament winding. The subject of the research were a four-layered composite tubes that have been designed using matrix method. The method was used to select mosaic patterns with different rest of the winding stroke and number of interlaces, which arc places of stress concentration and which affect the strength of the composite. The narrowest (5 mm) and the widest (17 mm) tow width available was chosen. Composite filament-wound structures were subjected to a high velocity impact by a 2.0 g spherical hardened steel impactor propelled to a velocity of 140 ÷ 170 m/s using a gas gun. It was observed that dependence of the damage area on tow width on filament-wound composite tubes is possible.

PL

Niniejszy artykuł stanowi charakterystykę wpływu szerokości nawijanej wiązki na wielkość pól uszkodzeń będących następstwem udaru wysokiej prędkości w szklano-epoksydowych konstrukcjach kompozytowych, wytworzonych metodą nawijania włókna na mokro. Badaniom poddano cztery warstwowe rury kompozytowe, nawinięte według wybranych wzorów mozaikowych, zaprojektowanych z użyciem metody tablicowej, różniących się wartością reszty skoku nawijania oraz liczbą przeplotów, będących miejscami koncentracji naprężeń i znacząco wpływających na wytrzymałość kompozytu. Wybrano dwie szerokości wiązki: najwęższą (5 mm) oraz najszerszą (17 mm) dostępne dla danej nawijarki. Badania udarności kompozytowych konstrukcji nawijanych przeprowadzono, strzelając w obiekt impaktorem w postaci ulepszonej cieplnie, stalowej kulki o masie 2.0 g napędzanej działem gazowym, z prędkością 140 170 m/s. Stwierdzono, że szerokość nawijanego pasma może wpływać na wielkość pól uszkodzeń badanych kompozytów.

3

Dependence of the damage area on impact energy in filament-wound composite tubes

Bobrowska M., Barcikowski M.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 4 (245)

7--15

EN

The research presented in this paper sought to characterize the relationship between the extent of delamination and impact energy in filament-wound composite structures. The subjects of the research were five-layered composite tubes that have been designed using the matrix method. This method was used to select three different mosaic patterns with different rest of the winding stroke parameters and number of interlaces. The interlaces are stress concentration locations and affect the strength of the composite. The tubes were manufactured using E-glass fiber roving reinforcement and epoxy resin. The composite filament-wound structures were subjected to a high velocity impact from a 2.0g spherical hardened steel impactor propelled to a velocity of 140 - 170 m/s using a gas gun. Linear dependence of the damage area to the impact energy on filament-wound composite tubes, found in a previous study for polyester-matrix glass fibre-reinforced laminates, could be confirmed for only one material in this study.

PL

Wyniki badań prezentowane w niniejszym artykule stanowią charakterystykę zależności pól uszkodzeń od energii udaru wysokiej prędkości w konstrukcjach kompozytowych wytworzonych metodą nawijania włókna na mokro. Przedmiotem badań było pięć warstwowych rur kompozytowych zaprojektowanych z użyciem metody tablicowej. Metoda ta posłużyła do wyboru trzech wzorów mozaikowych różniących się wartością reszty skoku nawijania oraz liczbą przeplotów, będących miejscami koncentracji naprężeń i znacząco wpływających na wytrzymałość kompozytu. Wzmocnienie kompozytu stanowił rowing szklany ze szkła typu E, materiałem osnowy była natomiast żywica epoksydowa. Udarność kompozytowych konstrukcji nawijanych badano w zakresie dużych prędkości 140 170 m/s z użyciem impaktora w postaci stalowej, ulepszonej cieplnie kulki o masie 2,0 g wystrzeliwanej z działa gazowego. Liniowa zależność pól uszkodzeń od energii udaru dla rur kompozytowych wytworzonych przez nawijanie włókna na mokro we wcześniejszych badaniach potwierdzona dla laminatów poliestrowo-szklanych, została zaobserwowana jedynie dla jednego materiału.

4

Metoda homogenizacji w modelowaniu materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem ciągłym ułożonym według wzorów mozaikowych

Błażejewski W., Czapliński T., Ziętek G.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2014

|

[R.] 20, nr 6 (162)

482--488

PL

W pracy przedstawiono idee wyznaczania parametrów materiałowych kompozytowych zbiorników wysokociśnieniowych wytwarzanych metodą nawijania. Nierozłącznym i charakterystycznym efektem procesu nawijania jest układanie się wiązek wzmocnienia we wzorach mozaikowych, które w sposób istotny wpływają na wartości parametrów materiałowych. Zaproponowano metodę homogenizacji dwustopniowej. Pierwszy etap homogenizacji służy do wyznaczenia właściwości mechanicznych wiązki materiału kompozytowego z jednokierunkowo ułożonymi włóknami. W drugim etapie, gdy znane są już efektywne właściwości materiałowe wiązki, wyodrębniono cztery rodzaje komórek reprezentatywnych RVE (ang. Representative Volume Element) opisujące wzór mozaikowy, czyli charakterystyczne elementy geometrii wzoru. Zastosowano zarówno homogenizację analityczną (etap pierwszy) jak i numeryczną (etap drugi). Zaproponowany sposób modelowania próbek rurowych wydaje się dobrze odzwierciedlać zaobserwowane wyniki prac eksperymentalnych.

EN

This paper presents the idea of determining the material parameters of composite pressure vessels manufactured by filament winding. An inseparable and characteristic effect of the winding process is the placement of reinforcement tows in mosaic patterns, which significantly affect the values of material parameters. We propose a two-stage homogenization method. The first stage of the homogenization is used to determine the mechanical properties of the composite material tow with unidirectionally aligned fibers. In the second stage, when the effective material properties of the tow are already known, four distinct types of RVE (Representative Volume Element) describing a mosaic pattern were found, i.e. the characteristic elements of the geometry of the pattern. Both analytical homogenization (first stage) as well as numeric (second stage) were used. The proposed method of modeling tube specimens seems to accurately reflect the observed results of the experimental work.

5

Structure analysis of helically wrapped composite pressure vessels

Błażejewski W., Juskowiak E., Mażulis J., Rybczyński R.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 3

193--197

EN

This paper investigates the structures of composite overwrapped pressure vessels (COPV) intended for use as storage tanks for compressed gas fuels in automobiles and other vehicles. The objective of this work was to establish the use of mosaic patterns arising during winding in the helical layers. In the authors' opinion, the optimal mosaic pattern considering the behavior of reinforcement tows under loading is the one designated as Nr1 in the matrix method. It exhibits the lowest number of crossovers, as well as their most orderly array - linear. Crossovers are considered as local distortion of a composite structure, which has a negative effect on the development of damage in the material. This statement is the result of previous studies performed by the authors, as well as papers by other researchers. In total, 9 different type 3 and type 4 vessels produced by filament winding were studied. The studies encompassed an analysis of the mosaic patterns in selected helical layers only. This work contains neither information on the thickness, sequence or winding angle in the helical layers, nor on the number of longitudinal or circumferential layers. The work presents non-standard methods for the assessment and designation of mosaic patterns. The mosaic patterns in the helical layers were designated in accordance to the matrix method. The patterns were compared to the Nr1 patterns, which are optimal because of the lowest number of crossovers. The results of the study point to a lack of good engineering practices in the usage of specific mosaic patterns in responsible high-pressure constructions. In the opinion of the authors, the only rationale for the use of specific mosaic patterns now in use by the industry is the visual effect and attractive, rhombic character of the pattern. Each vessel had a unique composite layer template. Among the analyzed vessels, only one Nr1 mosaic pattern was found. It was used in the layer laid down at the angle of 14°.

PL

W pracy badano struktury zbiorników kompozytowych z pełnym oplotem (ang.: COPV - Composite Overwrapped Pressure Vessels) przeznaczonych do magazynowania wysokosprężonych paliw gazowych w pojazdach. Celem badań było ustalenie stosowania architektur nawijania w warstwach krzyżowych. Według autorów, optymalna jest architektura oznaczana w metodzie tablicowej jako Nr1. Charakteryzuje się najmniejszą liczbą przeplotów i ich największym uporządkowaniem. Przeplot jest uważany za lokalne zaburzenie struktury. Wpływa on niekorzystnie na rozwój uszkodzeń w materiale. To stwierdzenie jest wynikiem wcześniejszych badań autorów oraz innych doniesień literaturowych. W sumie zbadano 9 sztuk różnych zbiorników typu 3 i 4 wytwarzanych metodą nawijania. Badania polegały na analizie architektur nawijania użytych jedynie w wybranych warstwach krzyżowych. W pracy nie ma informacji na temat grubości, sekwencji czy kątów nawijania w warstwach krzyżowych oraz o ilości zastosowanych warstw obwodowych i wzdłużnych. Zaprezentowano niestandardowe metody badań do oceny architektur nawijania. Architektury warstw krzyżowych oznaczano zgodnie z metodą tablicową. Wyznaczone architektury odnoszono do architektury Nr1 jako optymalnej ze względu na najmniejszą liczbę przeplotów. Wyniki przeprowadzonych badań świadczą o braku tendencji w stosowaniu konkretnej architektury nawijania. Każdy zbiornik charakteryzował się indywidualnym sposobem wykonywania warstw kompozytowych. W badanych zbiornikach znaleziono tylko jedną architekturę, określaną według metody tablicowej jako Nr1. Była ona użyta w warstwie wykonanej pod kątem 14°.

6

Przemieszczenia nawiniętego wzmocnienia kompozytowego zbiornika ciśnieniowego

Kościuk J., Błażejewski W., Rybczyński R.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

470-474

PL

W pracy badano przemieszczenia w warstwie kompozytowej (wykonanej metodą nawijania) zbiornika ciśnieniowego. Oplot kompozytowy o grubości ok. 4,5 mm wykonano metodą nawijania na mokro z włókna szklanego i żywicy epoksydowej na linerze stalowym o grubości ścianki 1,25 mm i średnicy 113 mm. Zbiorniki w stanie obciążonym i bez obciążenia poddano skanowaniu światłem strukturalnym. Stan obciążony uzyskiwano przez ściskanie osiowe z siłą 240 kN gumy znajdującej się wewnątrz części cylindrycznej butli. Z uzyskanych wyników skanowania sporządzono modele 3D nawiniętej warstwy w stanie obciążonym i bez obciążenia. Porównanie modeli 3D pokazuje występowanie przemieszczeń o różnej wartości zależnej od charakterystycznych punktów architektury włókien wzdłuż tworzącej zbiornika. W miejscach przeplotów oraz obszarach pierwszych nawiniętych wiązek przemieszczenia są mniejsze od przemieszczeń występujących w obszarach bez przeplotów oraz wiązek nawijanych jako ostatnie - zewnętrzne.

EN

The displacements in the wound layer of the high pressure composite vessels have been investigated. The composite pressure vessels have been made by wet filament winding of the glass fiber roving impregnated with the epoxy resin (composite layer thickness: 4,5 mm) on the steel liner (diameter: 113 mm, wall thickness: 1,25 mm). After scanning of the loaded (inner axial compression with 240 kN force) and the unloaded pressure vessels with structured light scanner, 3D cylinder models (loaded and unloaded) have been built. The results obtained from the comparison of the 3D models indicate the different levels of the displacements which seem to be related to the characteristic points of the winding architecture. The displacements in the interweavings zones (undulation zone) and the displacements near to the first wound bundles are smaller than these in the areas out of the interweavings and near to the latest wound bundles.

7

Poszukiwania optymalnej struktury zbiorników kompozytowych wykonywanych z użyciem nawijarki sterowanej numerycznie

Błażejewski W., Domański M., Rybczyński R., Wiewiórski P.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

15-18

PL

Wykorzystując wieloletnie doświadczenie zespołu, zaprojektowano i wykonano nawijarką czteroosiową sterowaną numerycznie. Układ sterowania elektronicznego jest wyposażony w kartę APCI-8001 firmy ADDI-DATA. Algorytm oprogramowania wykorzystuje metodą tablicową [3] i pracuje w systemie operacyjnym Microsoft Windows 2000/XP. Na nawijarce wykonywane są rury i zbiorniki próbne o różnorodnych strukturach w grupie [3]. Takie struktury są trudne do wykonania na nawijarkach przemysłowych i komercyjnych, ponieważ pracują według innego algorytmu.

EN

Using long term experiences of team the four axis and numerical filament winding machine was designed and made. The electronic control system is equipped with APCI-8001 card ADDI-DATA company. The algorithm of applied software uses matrix method [3] and works in Microsoft Windows 2000/XP operating system. Using the winding machine the pipes and the vessels specimens with different structures in group [3] are made. This type of structures are difficult to made with industrial winding machines. It arises from different algorithm of commercial machines.

8

Control of the pretension in filament winding process

Akkus N., Genc G., Girgin C.

Acta Mechanica et Automatica

|

2008

|

Vol. 2, no. 3

5-10

EN

A tension control system which simulates the effect of tension force in the filament winding machines has been designed and implemented in the present study. Filament Winding (FW) machines are widely used in Fiber Reinforced Plastic (FRP) composite production systems in which they have a pretensioning system to optimize the tension of the fiber during winding process. The precise control of the winding path needs highly mechatronic systems. The designed control system consists of magnetic break, servo motor, a PID control unit, a load cell and a data converter. The tension of the carbon fiber was measured by a load cell and compared to the preset value to keep the tension of the carbon fiber in predefined certain range.

9

Application of Taguchi method in the optimisation of filament winding of thermoplastic composites

Dobrzański L. A., Domagała J., Silva J. F.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 3

133-140

EN

Purpose: Purpose of this paper was to find the optimum parameters to produce Twintex tubes by filament winding. Design/methodology/approach: Taguchi approach was used for this design. The experiments were done with varying fibers temperature, winding speed, number of layers and roving. Thermoplastic composite rings were manufactured in the thermoplastic filament winding process at selected conditions. The glass and polypropylene fibers (Twintex) were used to produce tubes. The influence of the main process parameters on tensile strength and also shear strength was assessed. Findings: As it is presented in this work, the machining parameters, number of layers and roving affect on shear and tensile strength. Fibres temperature is very significant parameter both in tensile strength and shear test. Research limitations/implications: The main objective of the present study was to apply the Taguchi method to establish the optimal set of control parameters for the tubes by filament winding. The Taguchi method is employed to determine the optimal combination of design parameters, including: fibers temperature, winding speed, number of layers and number of roving. Originality/value: This paper presents new results of optimisation using Taguchi method filament winding process parameters producing new tubes from the thermoplastic (Twintex) material.

10

Analiza wytężenia kompozytowych elementów rurociągów

Hufenbach W., Kroll L., Gude M., Bohm R., Czulak A.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 4

3-8

PL

Kompozyty wzmocnione zarówno włóknem szklanym, jak i węglowym charakteryzują się lepszymi parametrami użytkowymi w stosunku do klasycznych materiałów w konstrukcjach lekkich, a w szczególności w przemyśle lotniczym, samochodowym i chemicznym. W tym ostatnim, dzięki doskonałym własnościom wytrzymałościowym i odpowiedniej odporności na działanie związków chemicznych, obok elementów rur stalowych często wykorzystuje się elementy warstwowo wzmocnionych rur hybrydowych. Ich struktura nośna składa się ze zbrojonych włóknami szklanymi tworzyw termo-i chemoutwardzalnych. Tego rodzaju instalacje z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym służą przede wszystkim do transportu związków chemicznych, odprowadzania ścieków przemysłowych, doprowadzania wody przemysłowej, ale także wykorzystuje się je jako rury kanalizacyjne oraz elementy odciągów powietrza lub gazów technicznych. Dodatkowo, do specjalnych zastosowań można użyć jako osnowy różnorodnych reaktywnych, termo- i chemoutwardzalnych żywic, takich jak nienasyconej żywicy poliestrowej lub winylowej posiadającej dobrą trwałość chemiczną. W pracy przedstawiono analizę wytężeniową rur kompozytowych, jak również zoptymalizowano ułożenie włókien przy użyciu metody elementów skończonych w zaawansowanych programach graficznych.

EN

Fiber reinforced composites offer a - not yet utilized - lightweight potential for innovative lightweight applications in aircraft, automotive and chemical industry. Especially in the latter case, fibre reinforced polymers (FRP) are predestined for the application in hybrid tubes of piping systems, due to the splendid strength properties of FRP and their adequate resistance against chemical compounds. The tube's carrying structure generally consists of glass fiber reinforced heat-hardening or chemical hardening matrices, whereas a polymer liner often protects the carrying structures against extremely aggressive fluids and gases. In special applications, additionally various reactive, thermo hardening and chemical hardening resins, such as non-saturated polyester or vinyl resins, can be used as a matrix which show a good chemical durability. Such piping systems made of fiber reinforced composites are used to transport chemical compounds, drain the liquid industrial wastes and convey industrial water. Moreover, the FRP-pipings are used as sewage pipes, elements of air draft and technical gases. This paper focuses the structural design of FRP-tubes regarding the optimum composite lay-up including a strength analysis of composite tubes with use of finite element methods using the program systems I-DEAS and ANSYS.