Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Size effect of synthetic fibre reinforced concrete - investigation using a semi-discrete analytical beam model

Tóth Mária Erdélyiné, Pluzsik Anikó

Architecture Civil Engineering Environment

|

2023

|

Vol. 16, no. 3

117--129

EN

The size effect is a well-known characteristic of concrete structures. However, in the case of fibre-reinforced concrete (FRC), this issue is not thoroughly explored. Most design recommendations of FRC neglect the size effect or handle the behaviour of FRC structures in case of different structural sizes similar to plain concrete structures (assuming FRC is a homogeneous material). The aim of this paper is to show that the size effect of FRC can be divided, the share of the concrete matrix and the fibres in the size-dependent properties is separable. For the size effect research fifteen synthetic macro fibre reinforced concrete and six plain concrete beam specimens were prepared and tested in three different sizes and then evaluated with the semi-discrete analytical (SDA) model. The analysis of the experimental specimens has shown that the size effect significantly influences the concrete material in the case of FRC with softening material behaviour, but the residual loadbearing capacity which mainly arise from the local bridging effect of fibres is essentially independent of the structural size. It is also shown in this paper that the two defining parameters of the SDA model is independent of the structural size, so the model provides an excellent tool in case of the design of real-sized FRC structures.

2

Charakterystyka porównawcza wytrzymałości betonu z dodatkiem włókien polimerowych

Blazy Julia, Drobiec Łukasz

Materiały Budowlane

|

2022

|

nr 9

44--48

PL

Celem artykułu była analiza porównawcza wytrzymałości betonu z dodatkiem włókien polimerowych uzyskanych w badaniach jednoosiowego rozciągania, trzypunktowego zginania i rozłupywania Montevideo. Wykonano jedną mieszankę bez włókien i pięć mieszanek fibrobetonowych z 2 lub 3 kg/m3 włókien o różnej geometrii i formie. Stwierdzono, że dodanie włókien nie wpłynęło w istotny sposób na maksymalną wytrzymałość betonu na ściskanie, jednoosiowe rozciąganie, zginanie i rozłupywanie. Natomiast poprawie uległy siły i wytrzymałości resztkowe, energia pękania i ciągliwość betonu. Obliczony współczynnik korelacji obciążenia (kTRMV = 1,5) pozwolił na porównanie wyników testu rozłupywania Montevideo z testami trzypunktowego zginania przy szerokości rozwarcia rysy większej niż 1 mm. Test rozłupywania Montevideo może być prostszą i bardziej kompaktową metodą badawczą w porównaniu z testem trzypunktowego zginania.

EN

The aim of the article was a comparative analysis of concrete strenght with the addition of polymer fibers subjected to three test methods: the uniaxial tensile test, the three-point bending test, and the Montevideo splitting tensile test. One mix without fibers and five fiber reinforced concrete mixes were made with 2 or 3 kg/m3 of polymer fibers of different geometry and form. It was found that the addition of fibers did not significantly affect the maximum compressive, uniaxial tensile, flexural, and splitting tensile strength of concrete. On the other hand, residual forces and strengths, fracture energy, and ductility of concrete were significantly improved. The calculated load correlation coefficient (kTRMV = 1.5) allowed the correlation of the results of the Montevideo splitting tensile test with the three-point bending test for a crack mouth opening displacement greater than 1mm. Overall, the Montevideo splitting test may be a simpler and more compact test method compared to the three-point bending test.

3

Study on mechanical characteristics of rock type I fracture and anchorage strengthening mechanism

Zhang Wei, Zhao Tongbin, Guo Weiyao, Xing Minglu

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2022

|

Vol. 60 nr 3

423--434

EN

Engineering rocks are easily affected by excavation unloading and are in uniaxial compres- sion or tension, forming a typical I-type tension crack. Anchor rods are often used for on-site support to ensure safety and reliability of the project. The study of propagation and pen- etration of type I tension cracks and quantitative evaluation of rock anchoring effects are of great significance for exploring mechanical properties of rock fracture and revealing the mechanism of rock failure. In this paper, combined with speckle light measurement, a rock fracture toughness test of different anchoring positions and pre-tightening forces is carried out, the deformation evolution law of the crack tip and the fracture mechanics characteris- tics of the anchored rock are obtained, and the anchoring strengthening mechanism of the rock is discussed based on the theory of the net stress intensity factor. The research shows that the rock fracture process is divided into four stages: elastic deformation, steady crack propagation, crack instability propagation and residual deformation. After anchoring, the time of crack instability growth can be prolonged by 172% and the final residual deformation can be increased by 148%. Compared with the unanchored rock, the fracture toughness of rock initiation and instability increased by 83% and 124% respectively, and increased with growth of the pre-tightening force, which shows that the bolt increases the critical value of rock initiation and instability to achieve the toughening effect. After the rock is anchored, the time required for the crack to propagate to the same length increases by 55%, and the lateral deformation area is reduced by 46%, indicating that the lateral closing force of the bolt inhibits crack propagation and delays the instability of the rock matrix.

4

Flexural characteristics of artificial ice in winter sports rinks: experimental study and nondestructive prediction based on surface hardness method

Zhang Wenyuan, Li Junxing, Wang Lin, Yuan Baojiang, Yang Qiyong

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 2

art. no. e67, 1--19

EN

Interest in the construction of prefabricated ice rink for international competition has increased in recent years, where the ice sheet is directly supported by soft thermal insulation materials. However, bending failure in the ice sheets for these rinks is highly possible because of different compression and tension behaviors. Moreover, the mechanical behaviors of the artificial ice produced layer-by-layer in rinks remain unclear. Therefore, microstructure observations, hardness tests, and three-point bending tests were conducted in this study to better understand artificial ice. First, the crystal structures were obtained through observations in both the vertical and horizontal directions. Then, the hardness of the ice surface at different temperatures, water qualities, ice-making methods, and surrounding environmental conditions was measured using the Shore hardness apparatus. Finally, systematic three-point bending tests on 80 effective ice specimens under a wide range of loading and ice-making parameters were performed. The results show that artificial ice is a typical kind of columnar ice with smaller grain sizes at lower surfaces. The ice surface hardness, roughly normally distributed, was mainly affected by temperature and ice-making mode. Moreover, it was found that all the test ice beam exhibited brittle fracture, and the flexural strength ranged from 0.84 to 2.47 MPa, with the maximum average at a strain rate of 1× 10-4 s-1 . Based on these test results, empirical functions for the effects of the investigated parameters on the flexural strength and effective modulus were developed. Also, the relationships between flexural and tensile strength for artificial ice were established using Weibull law and the coupled criterion. In addition, the linear regression model was established and verified using different prediction methods to predict the ice flexural behavior in practical rinks based on the measured hardness in a simple, reliable, and nondestructive way. The current experiment and analysis are beneficial for the design, operation and maintenance of prefabricated ice rinks.

5

Flexural strength of glass using Weibull statistic analysis

Demchyna B., Osadchuk T.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2018

|

Vol. 87, nr 2

49--61

EN

Purpose: The aim of the study is to measure the flexural strength of glass by proposed experimental procedures. In addition, step-by-step guidelines for the strength data analysis using a two-parameter Weibull distribution are given. Design/methodology/approach: Twelve glass samples of three series were tested by three-point bending with horizontal ‘3PB(H)’ and vertical ‘3PB(V)’ orientation of samples. A two-parameter Weibull distribution was applied as an appropriate model to describe three strength data sets for glass. Findings: The experiments performed on nominally identical glass specimens revealed a wide range of flexural strength values, from 39.77 MPa to 171.71 MPa at a loading rate of not more than 1.05 MPa/s. 3PB(V) samples with vertical orientation demonstrated the flexural strength similar to that of 3PB(H) samples with horizontal orientation. The Weibull modulus, which is the measure of flexural strength variation, was between 2.04 and 5.23 at the coefficient of determination R2 greater than 90% for all series. The characteristic values of the glass strength, corresponding to the 5% fractile value, in accordance with the test evaluation procedure were 23.71 MPa, 31.98 MPa, 53.43 MPa for the first, the second and the third test series, respectively. Research limitations/implications: The maximum flexural strength of glass highly depends on the surface condition, and therefore the strength of the glass of different batches is variable whatever the case may be. For the guaranteed strength of glass used for structural purposes it is necessary to conduct strength tests of the glass from each batch under conditions that closely correspond to actual operating conditions. Practical implications: The obtained strength data is needed for designing glass load bearing constructions subjected to actual operating conditions (e.g. multilayered glass plates working on bending under static loading). Originality/value: A comprehensive overview of the existing methods for glass strength testing was presented. The features of the used flexural tests and the statistical analysis of the measured strength data were described. The results may be of a particular interest to the specialists in the modern design of load bearing glass constructions.

6

Enhanced modelling and numerical testing of GFRP composite box beam with adhesive joints

Klasztorny M., Nycz D. B., Zając K. P.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 4

217--226

EN

The subject of the experiment and numerical research is a simply-supported thin-walled box beam with a span of 2.00 m, created by gluing two composite GFRP shells. The beam was subjected to a three-point bending test controlled by displacement in the range from 0 to 300 mm. An experimental bending test, numerical modelling and simulations of this test as well as validation of the modelling and simulation were carried out. In comparison with the authors’ previous publication, adjustments and enhancements include: correction of the GFRP material constants and friction coefficients; testing the key numerical parameters of the geometrically and physically non-linear task, i.e. an iteration step in the implicit algorithm, a convergence tolerance coefficient, FE mesh density; testing the use of the Glue contact option in the MSC.Marc FE code for modelling adhesive joints; quasi-optimization of the ply sequence with the maximum load bearing capacity as the objective function. The parameters and options of numerical modelling and simulation of glued composite shells in the MSC.Marc system were determined, useful for detailed design calculations of composite FRP structures.

PL

Przedmiotem badań numerycznych jest cienkościenna belka skrzynkowa swobodnie podparta, o rozpiętości 2.00 m, utworzona przez sklejenie dwóch powłok kompozytowych GFRP ze sobą na całej długości belki. Belkę poddano próbie trójpunktowego zginania sterowanego przemieszczeniem w zakresie od 0 do 300 mm. Przeprowadzono eksperymentalną próbę zginania, modelowanie numeryczne i symulacje tej próby oraz walidację modelowania i symulacji. W porównaniu z poprzednią pracą autorów (Composites Theory and Practice, 2015) korekty i ulepszenia obejmują: korektę stałych materiałowych kompozytu GFRP i współczynników tarcia, testowanie parametrów numerycznych zadania nieliniowego geometrycznie i fizycznie, tj. krok iteracyjny w algorytmie implicite, współczynnik tolerancji zbieżności, gęstość siatki elementów skończonych, testowanie opcji Glue contact w systemie MSC.Marc do modelowania spoin klejowych, quasi-optymalizacja sekwencji warstw z funkcją celu w postaci maksimum nośności belki przy zginaniu. Wyznaczono parametry i opcje modelowania numerycznego i symulacji kompozytowych powłok sklejanych z użyciem systemu MSC.Marc, przydatne do szczegółowych obliczeń projektowych konstrukcji z kompozytów FRP.

7

Ocena niezawodności wytrzymałościowej drewna litego w warunkach działania czynnika termicznego

Pieniak Daniel, Pietrzyk Piotr, Walczak Agata

Zeszyty Naukowe / Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych

|

2017

|

Nr 2

173--183

PL

W artykule przedstawiono analizę niezawodności wytrzymałościowej drewna litego w symulowanych warunkach termicznych pożaru. Uszkodzenie struktury drewna w warunkach pożaru najczęściej związane jest ze spadkiem wytrzymałości. Ponadto zmniejsza się nośność, w związku ze zmianą przekroju materiału. W przedmiotowych badaniach zakres temperatury i sposób obróbki termicznej zbliżony był do występującego w niezwęglonej części elementu konstrukcyjnego. Nie analizowano wpływu zwęglania. Analizę niezawodności przeprowadzono na podstawie wartości wytrzymałości uzyskanych w próbie zginania trójpunktowego drewna litego, w warunkach jednoczesnego działania czynnika termicznego. Niezawodność wytrzymałościowa rozumiana była jako prawdopodobieństwo nieosiągnięcia przez drewniany element konstrukcyjny wartości wytrzymałości przekraczających przyjęte dopuszczalne granice. W pracy oszacowano prawdopodobieństwo zniszczenia drewna litego w zależności od wartości naprężenia i temperatury. Na podstawie parametru rozkładu Weibulla, określono niepewność zachowania nośności.

EN

The paper presents an analysis of solid wood strength reliability in simulated fire conditions. The damage to the wood structure caused by fire heat is usually related to 183 decreasing strength. Additionally, carrying capacity is reduced due to the change of the cross–section of the material. In the research, the temperature ranges and the manner of thermal processing were similar to those found in the uncharred structural element. The influence of charring was not analysed. The reliability analysis was based on the strength values obtained in solid wood three-point bending tests carried out in a high temperature. The strength reliability was construed as the likelihood of the strength values not exceeding the adopted and admissible limits. In the paper, the likelihood of solid wood failure depending on stress values and temperature was estimated. Based on the Weibull distribution parameter, uncertainty of carrying capacity was determined.

8

Mechanical properties of composite material modified with essential oil

Szram A., Sokołowski J., Nowak J., Domarecka M., Łukomska-Szymańska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 2

103--107

EN

Recurrent caries is an omnipresent problem in dental practice. More than half of all restorations need replacement in 10 years time. Upon tooth preparation, dentine is more susceptible to microorganism colonization. Hence antibacterial properties in novel composite materials are crucial issue. Such substances as essential oils may set an alternative compound for antibacterial compounds used in materials available on the market. Essential oils are concentrated hydrophobic liquids, that contain volatile aroma compounds. These compounds, especially terpenes, present antibacterial activity to caries-related microorganisms. The antibacterial effectiveness of several essential oils has been already scientifically proven. For instance, cinnamon oil thanks to its properties is often used in medicine. The essential oil derived from its bark consists of trans-cinnamaldehyde which has antimicrobial effects against plant pathogens, food poisoning, fungi and spoilage bacteria. The aim of the study was to evaluate mechanical properties of commercial composite, modified with essential oil. In the study SDR composite (Dentsply) was modified by adding cinnamon essential oil (Dr Beta, Poland). The material of 2 g was mixed with 1 μl, 2 μl and 5 μl of cinammon oil until homogenous structure was obtained (group I, II and III). Control sample group comprised specimens of SDR material without modification. Mechanical properties were tested by diametral tensile strength test, three-point bending test and Vicker’s hardness. Results showed that modified material gained lower mean values in DTS and HV1 tests for all groups in comparison to control sample group. However, mean TPF values for group I were higher when compared to control sample group. Mechanical properties of experimental material may be accepted from clinical point of view when used as temporary fillings for instance in paedodontics.

PL

Próchnica wtórna to nadal aktualny problem w codziennej praktyce stomatologicznej. Więcej niż połowa wypełnień ulega degradacji w okresie 10 lat, dlatego właściwości przeciwbakteryjne w nowoczesnych materiałach kompozytowych są niezwykle istotne. Celem pracy była ocena właściwości mechanicznych materiałów kompozytowych zmodyfikowanych przez wprowadzenie olejku eterycznego.

9

Badania oporności elektrycznej zaprawy cementowej zbrojonej włóknami węglowymi spowodowanej długością spękań i odkształceń w trakcie pomiarów naprężeń rozciągających przy zginaniu trójpunktowym i przy rozłupywaniu

Teomete E.

Cement Wapno Beton

|

2017

|

R. 22/84, nr 1

1--17

PL

Rozwój samo-śledzących inteligentnych materiałów dla przemysłu budowlanego jest ważnym zadaniem, mającym na celu ich zabezpieczenie przed zniszczeniem i zapewnienie długiego okresu eksploatacji. W artykule zbadano korelację pomiędzy długością rysy a opornością elektryczną matrycy cementowej zbrojonej włóknami węglowymi stosując trzy-punktowe zginanie próbek i mierząc równocześnie wzrost długości rysy oraz oporność. Znaleziono po raz pierwszy bardzo dobrą korelację pomiędzy tymi zmiennymi dla zbrojonych włóknami węglowymi kompozytów cementowych. Bardzo dobra korelacja liniowa pomiędzy naprężeniem rozciągającym, badanym przy rozłupywaniu próbek, i opornością elektryczną takich samych kompozytów cementowych została także ustalona. Zmierzony bardzo duży wskaźnik określający zmianę oporności elektrycznej w stosunku do długości rysy wynoszący 1435 jest największym wskaźnikiem matrycy w kompozytach cementowych. Kompozyty cementowe opracowane w trakcie tych badań mogą być stosowane do wykrywania rys i odkształceń i ich śledzenia w konstrukcjach betonowych.

EN

Development of self-sensing smart materials for construction industry is an important task to protect the lives and to achieve optimal asset management strategies. In this study, five different carbon fibre reinforced cement matrix composites were designed with carbon fibres having length of 3 mm. In order to investigate the relation between the crack length and electrical resistance change notched three-point bending test was applied to the rectangular prism samples. During the bending test, crack length and electrical resistance were simultaneously recorded. A strong linear relationship was found between the crack length and electrical resistance change. Correlations between the crack length and electrical resistance change were determined for the first time in the literature for carbon fiber reinforced cement composites. Tensile strain and electrical resistance were simultaneously measured during the split tensile tests and a strong linear correlation between the tensile strain and electrical resistance change was determined. The maximum gage factor was obtained at the percolation threshold value due to the shift in the conduction system from post-percolation to pre-percolation by strain. Gage factors as high as 1435 were measured which is the highest gage factor reported for cement matrix composites. The cement composites designed in this study can be used for crack detection and strain sensing in health monitoring of concrete structures.

10

Analiza wytrzymałościowa struktury typu plaster miodu w elementach podporowych

John M., John A., Skarka W.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 4

316--317

PL

Zaproponowano strukturę typu plaster miodu w konstrukcjach, w których masa jest ważnym czynnikiem branym pod uwagę podczas projektowania. Struktura ta jest lekka i wytrzymała. Przeprowadzono symulację próby trójpunktowego zginania z wykorzystaniem MES. Zmieniano grubość ścianki, parametry materiałowe, wzajemną orientację i wymiary kolejnych warstw komórek.

EN

Honeycomb profile is suggested for effective use in the engineering structures critically required for the lowest possible weight without negative effect on the load capacity. Simulation trials (three-point bending test) were performed using FEM. Cell wall thicknesses, material properties, orientation of successive layers and dimensions of the particular cell layers were consequently changed to suit the tests.

11

Influence of temperature and ageing on load capacity of glass-vinylester box beam

Klasztorny M., Nycz D. B.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 2

113--121

EN

The paper concerns the numerical testing of a GFRP composite box beam reflecting, on a 1:2 scale, the central part of the superstructure of the recently designed original GFRP composite 5-box footbridge manufactured using infusion technology. The beam is composed of two laminate shells combined with glue on contact strips. The shells are glass-vinyl ester laminates protected with gelcoat and topcoat layers, respectively. The main constituents of the laminas are bi-directional balanced stitched E-glass woven fabrics and flame retardant vinyl ester resin. After homogenization, the composite forming a lamina (reinforced with one fabric) is modelled as a linearly elastic-brittle orthotropic material. Experimental identification of the material constants was done for the new composite and for the aged composite after 5-year environmental ageing, at three service temperatures, i.e. −20, 20, 55°C. The accelerated 5-year environmental ageing of the composite was performed using an ageing chamber and the relevant ageing programme. The study presents the numerical modelling and simulation of the static three-point bending test of the new and aged box beam, at the three service temperatures. The modelling and simulation, performed in the MSC. Marc system, was validated in a previous paper by the authors, based on the experimental threepoint bending test of the new beam at room temperature. Comparative studies were carried out in order to determine the effects of the service temperatures and the 5-year environmental ageing on the load capacity of the GFRP composite box beam.

PL

Praca dotyczy badań numerycznych kompozytowej belki skrzynkowej odwzorowującej w skali 1:2 centralną część konstrukcji nośnej ostatnio zaprojektowanej kładki pieszo-rowerowej o przekroju skrzynkowym. Konstrukcja nośna kładki składa się z dwóch powłok laminatowych sklejonych ze sobą na płaskich pasach kontaktu. Powłoki winyloestrowo-szklane, zabezpieczone warstwami ochronnymi (żelkot i topkot), wytworzono w technologii infuzji. Głównymi komponentami lamin są: tkanina szklana E dwukierunkowa zrównoważona zszywana oraz żywica winyloestrowa uniepalniona. Po homogenizacji, lamina (wzmocniona pojedynczą tkaniną) jest modelowana jako materiał ortotropowy liniowo sprężysto-kruchy. Stałe sprężystości i wytrzymałości kompozytu wyznaczono dla materiału nowego oraz materiału starzonego (przyspieszone starzenie 5-letnie), dla trzech poziomów temperatury użytkowania kładki, tj. -20, 20, 55°C. Starzenie przeprowadzono w komorze starzeniowej według odpowiednio dobranego programu starzenia. W pracy przedstawiono modelowanie numeryczne i symulację próby statycznego zginania trójpunktowego belki skrzynkowej nowej i poddanej starzeniu 5-letniemu dla trzech poziomów temperatury użytkowania kładki. Modelowanie i symulacja zostały wykonane w środowisku MSC.Marc i poddane walidacji w poprzedniej pracy autorów, w przypadku belki nowej w temperaturze pokojowej. Badania porównawcze dotyczą wpływu temperatury użytkowania i pięcioletniego starzenia na nośność kompozytowej belki skrzynkowej.

12

Wpływ kąta ułożenia warstw włókien elementu wykonanego metodą FDM na wytrzymałość na zginanie

John M., Tyczka M., Kokot G., Skarka W.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 12CD2

107--110

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań wytrzymałościowych, których celem było ustalenie wpływu kąta ułożenia warstw na wytrzymałość elementów. Przeprowadzono próbę trójpunktowego zginania na seriach próbek różniących się kątem ułożenia warstw składowych elementu.

EN

The paper describes the results of a strength tests. The main goal of the reserches was to determine the impact of the fiber layers angle on the tested element strenght. The three-point bending test was performed for the sample series with the different fiber layer angle.

13

Modelling, simulation and validation of bending test of box segment formed as two composite shells glued together

Klasztorny M., Nycz D., Cedrowski M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 2

88--94

EN

The present experimental and numerical research is focused on a box composite beam, so-called a validation segment, consisting of two vinylester/glass shells glued together. The top shell has a hat cross-section, whereas the bottom one is flat. The shells are glued together at two horizontal contact strips. The validation segment reflects the central part of the cross- and longitudinal-section of a box composite superstructure of a footbridge designed by the authors. The dimensions of the cross-section and the number of fabric layers in the validation segment are decreased twice in comparison with the footbridge superstructure. Moreover, the composite beam was rotated by 180° in relation to the footbridge. The validation segment is 2.35 m long, and the cross-section overall dimensions are 0.60 m × 0.26 m (width×height). The laminate components, glue and manufacturing technology of the validation segment are the same as for the composite footbridge. The study develops a methodology for numerical modelling and simulation by the Finite Element Method of box composite girders formed as two composite shells glued together. The methodology is developed in reference to the validation segment which is subjected to the 3-point bending test with shear. Experimental validation of the modelling and simulation was carried out for the basic case of new laminates at 20°C. FE computer code MSC.Marc 2010 was used for the numerical modelling and simulation.

PL

Przedmiotem badań eksperymentalnych i numerycznych jest belka kompozytowa o przekroju skrzynkowym, zwana segmentem walidacyjnym, składająca się z dwóch sklejonych ze sobą powłok kompozytowych winyloestrowo-szklanych. Powłoka górna ma przekrój kapeluszowy, a powłoka dolna jest płaska. Powłoki są sklejone ze sobą na dwóch poziomych pasach kontaktu. Segment walidacyjny odwzorowuje środkową część przekroju poprzecznego i podłużnego konstrukcji nośnej kompozytowej skrzynkowej kładki dla pieszych zaprojektowanej przez autorów. Wymiary przekroju poprzecznego oraz liczba warstw tkanin w laminatach segmentu walidacyjnego są dwukrotnie mniejsze w porównaniu z konstrukcją nośną kładki. Ponadto, segment belkowy obrócono o 180° w porównaniu z kładką. Długość segmentu wynosi 2,35 m, a wymiary gabarytowe przekroju poprzecznego są równe 0,60 m × 0,26 m (szerokość × wysokość). Komponenty laminatów, klej oraz technologia wytwarzania segmentu walidacyjnego są takie same jak w przypadku kładki kompozytowej. Opracowano metodykę modelowania numerycznego i symulacji z wykorzystaniem metody elementów skończonych belek kompozytowych w formie dwóch sklejonych ze sobą powłok kompozytowych. Metodyka została opracowana w odniesieniu do segmentu walidacyjnego poddanego trójpunktowemu zginaniu ze ścinaniem. Walidację eksperymentalną modelowania i symulacji przeprowadzono w podstawowym przypadku laminatów nowych w temperaturze 20°C. Do numerycznego modelowania i symulacji zastosowano kod elementów skończonych MSC.Marc 2010.

14

Characterization of quasi-static behavior of honeycomb core sandwich structures

Katunin A., John M., Joszko K., Kajzer A.

Modelowanie Inżynierskie

|

2014

|

T. 22, nr 53

78--84

EN

Honeycomb core sandwich composite structures gained their popularity in aircraft, aerospace, automotive and naval industries mainly due to their superior flexural stiffness and very low mass, which cause that their application in engineering constructions becomes very attractive. Since they contain core and face sheets made of different materials with different properties their behavior under quasi-static loading is highly nonlinear and the forcedisplacement response contains characteristic zones caused by various mechanical phenomena. The characterization of such behavior under tensile and bending loading as well as characterization of failure mechanisms accompanied with quasi-static loading is the main goal of this paper. Obtained experimental results and their analysis allow for better understanding of occurred phenomena in such structures, which can be helpful during modeling of elements made of such sandwich composites as well as prediction of their behavior under various loading conditions.

PL

Kompozyty przekładkowe z rdzeniem o strukturze plastra miodu zyskały swoją popularność w przemyśle lotniczym, kosmicznym, samochodowym oraz okrętowym głównie dzięki swojej wyjątkowej sztywności oraz bardzo niskiej masie, co spowodowało że ich wykorzystanie w konstrukcjach inżynierskich stało się bardzo atrakcyjne. Biorąc pod uwagę fakt, że rdzeń i okładziny wykonane są z różnych materiałów o różnych właściwościach zachowanie tych struktur pod wpływem obciążeń quasi-statycznych jest wysoce nieliniowe, a odpowiedź siła-przemieszczenie zawiera charakterystyczne obszary spowodowane różnymi zjawiskami mechanicznymi. Charakteryzacja takiego zachowania podczas obciążeń rozciągających i zginających oraz mechanizmów zniszczenia towarzyszących obciążeniom quasi-statycznym jest głównym celem tej pracy. Otrzymane wyniki eksperymentalne i ich analiza pozwalają na lepsze zrozumienie zachodzących zjawisk w takich strukturach, co może być przydatne przy modelowaniu elementów wykonanych z kompozytów przekładkowych, jak również predykcji ich zachowania przy różnych warunkach obciążenia.

15

Modelling of lamina orientation influence on optimum laminas number of laminated beam subjected to three point bending

Kukliński M.

Logistyka

|

2014

|

nr 6

6321-6328

EN

This paper presents results of numerical simulations focused on relations between optimum laminas number and their orientation in glass fibre reinforced polyester laminate subjected three point bending. Prior numerical simulations, based on classical laminated plate theory and first-order shear deformation theory, indicated that in unidirectionally reinforced laminate this heterogeneous lamina’s structure caused dependencies between layers number of laminate and its mechanical properties in bending. In the next stage of numerical simulations the feature of laminas rotation was added to the modelled laminate. The obtained results, that constitute the matter of this article, show that the optimum layers number of laminated beam subjected to bending also depends on laminas orientation. Simulations were carried out assuming symmetric, hand lay-up and cross-ply laminate consisting of unidirectionally reinforced laminas. An orthotropic model of a single lamina was assumed. Mechanical properties of laminates were compared using a stress increase ratio defined as quotient of maximum bending stress in laminate to the maximum bending stress in homogeneous beam of laminate’s dimensions. Obtained results need to be verified by the simulation methods based on higher-order shear deformation theory, layer-wise theory and by an experiment.

PL

W niniejszym artykule zawarte są wyniki symulacji numerycznych, mających na celu zbadanie zależności optymalnej liczby warstw laminatu poliestrowo – szklanego wykonanego metodą kontaktową od kąta obrotu poszczególnych warstw w warunkach trójpunktowego zginania. W kompozytach produkowanych metodą kontaktową, które charakteryzują się małym współczynnikiem wzmocnienia, poszczególne warstwy nie można uznać za jednorodne na całej ich grubości. Wzmocniona jest jedynie środkowa część warstwy laminatu, natomiast jej części zewnętrzne stanowi głównie żywica. Chociaż środkowa, wzmocniona część warstwy laminatu jest znacznie grubsza niż jej skrajne części, to jednak symulacje numeryczne wykazały, że przy obciążeniu tym samym momentem zginającym, opisana niejednorodność warstwy laminatu generuje zależność maksymalnego naprężenia zginającego występującego w laminacie od ilości warstw. Do oceny otrzymanych wyników zastosowano metodę porównawczą. Obliczano współczynnik zwiększenia naprężeń αS jako iloraz wartości maksymalnych naprężeń normalnych w belce zginanej wykonanej z laminatu o danej ilości warstw do wartości maksymalnych naprężeń normalnych obliczonych dla belki jednorodnej o tych samych wymiarach oraz w tych samych warunkach obciążenia.Otrzymane wyniki wymagają jeszcze weryfikacji za pomocą metod numerycznych opartych na dyskretnych modelach wielowarstwowych (layer-wise) oraz na teorii ścinania wyższych rzędów. Ostatecznym kryterium oceny będzie eksperyment.

16

Badanie odporności na pękanie mas ceramicznych

Banaszak J., Śliwa T., Stasiak M.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 1

44--49

PL

Głównym celem pracy były badania nad określeniem współczynnika krytycznej intensywności naprężeń KIc mas ceramicznych. Porównano dwie metody wyznaczenia KIc: testy trójpunktowego zginania próbki z naciętym karbem oraz pomiary parametrów odcisku wgłębnikiem Vickersa. Badania przeprowadzono na kaolinie KOC i glinie POZ. Przeanalizowano korelacje pomiędzy współczynnikiem KIc i wytrzymałością na rozerwanie Właściwości mechaniczne tych materiałów silnie zależą od ich wilgotności. Stąd badania odporności na pękanie przeprowadzono w zależności od wilgotności tych materiałów w zakresie stosowanym w suszarnictwie.

EN

Main aim of this study was the characterization of fracture toughness of ceramic masses by measuring critical stress intensity factor KIc. Two different measuring techniques were applied: the three-point bending of rectangular cross-section beams with a notch in the middle and the Vickers test. The materials chosen for the test were KOC kaolin and POZ clay. Mechanical properties of these materials strictly depend on moisture contents. Fracture toughness determination for the analyzed ceramic masses was performed in the moisture content range used in industrial drying.

17

Effect of cross-section geometry on load capacity of single-wave composite segment

Klasztorny M., Nycz D.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 1

40-46

EN

The study examines a shell segment made of glass-polyester layered composites with fabric- or mat-reinforced layers. The segment is a single-wave, single-shell, and simply supported one, with a span, whose initial geometry and ply sequences were patterned after the cover segments of a selected rectangular tank in a sewage treatment plant in Germany. The aim of the study is multi-criteria quasi-optimization of the cross-section shape of the shell of the segment with flat flanges, with fixed, overall dimensions and ply sequences. The segment is subjected to a static three-point bending test with kinematic excitation. The optimization criteria are as follows: maximum load capacity of the segment, minimum weight of the segment, technological feasibility, and architectural effect. Numerical models of the segments with specified geometry of the cross-section (6 objects in total) were built using the Altair HyperMesh 11.0 system (finite element mesh) and MSC.Marc / Mentat 2010 (analysis set). The geometries were earlier prepared in the Generative Shape Design Catia v5r19 module. The numerical calculations (simulations) were performed using the MSC.Marc 2010 solver for non-linear analyses. The methodology for modelling and simulation of the composite shells, developed in the authors' previous papers, has been applied.

PL

W pracy rozpatrzono segment powłokowy wykonany z kompozytów warstwowych poliestrowo-szklanych mieszanych (warstwy wzmocnione tkaniną lub matą). Segment jest jednofalowy, jednopowłokowy, swobodnie podparty, o rozpiętości, geometrii wyjściowej i sekwencji warstw wzorowanej na przekryciu wybranego zbiornika oczyszczalni ścieków. Celem pracy jest wielokryterialna quasi-optymalizacja kształtu przekroju poprzecznego powłoki segmentu z płaskimi kołnierzami przy ustalonych wymiarach gabarytowych oraz sekwencjach warstw. Segment poddany jest próbie zginania statycznego trójpunktowego przy wymuszeniu kinematycznym. Kryteria optymalizacji są następujące: maksymalna nośność segmentu, minimalna masa segmentu, wykonalność pod względem technologicznym, efekt architektoniczny. Modele numeryczne segmentów o specyfikowanej geometrii przekroju poprzecznego (łącznie 6 obiektów) zbudowano przy użyciu systemu Altair HyperMesh 11.0 (siatka elementów skończonych) oraz systemu MSC.Marc / Mentat 2010 (opcje analizy). Geometrię segmentów przygotowano w module Generative Shape Design Catia v5r19. Obliczenia numeryczne (symulacje) wykonano za pomocą solwera analiz nieliniowych w systemie MSC.Marc 2010. Zastosowano metodykę modelowania i symulacji powłok kompozytowych opracowaną w poprzednich pracach autorów. Metodyka quasi-optymalizacji kształtu przekroju poprzecznego fali segmentu przekrycia kompozytowego, rozwinięta w niniejszej pracy, pozwala na relatywnie łatwe i szybkie wyznaczenie kształtu quasi-optymalnego. Jest to przekrój pośredni między półokręgiem a trójkątem równoramiennym, któremu odpowiada wartość zmiennej decyzyjnej h = 0,5R. Proponowany przekrój quasi-optymalny jest estetyczny i atrakcyjny pod względem architektonicznym, łatwy do realizacji technologicznej, mający nośność prawie dwukrotnie wyższą niż nośność segmentu bazowego i masę mniejszą o około 17% w porównaniu z segmentem bazowym. Przekrój ten może być zastosowany również w przypadku segmentów wielofalowych wykorzystywanych w przekryciach kompozytowych zbiorników prostopadłościennych.