Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Dinoflagellate cyst assemblages across the Oxfordian/Kimmeridgian boundary (Upper Jurassic) at Flodigarry, Staffin Bay, Isle of Skye, Scotland – a proposed GSSP for the base of the Kimmeridgian

Barski M.

Volumina Jurassica

|

2018

|

Vol. 16, no 1

51--62

EN

Examination of seven ammonite-calibrated palynological samples across the Oxfordian/Kimmeridgian boundary in the Flodigarry sections at Staffin Bay, Isle of Skye, northern Scotland, has revealed dinoflagellate cyst assemblages in general terms in line with previous contributions. The sparse occurrence of Emmetrocysta sarjeantii, Perisseiasphaeridium pannosum and Senoniasphaera jurassica slightly above the proposed Oxfordian/Kimmeridgian boundary may be used as a palynological approximation of the base of the Kimmeridgian. The high abundance of tests resembling modern zygnemataceous chlorophycean alga Spirogyra in two samples above the Oxfordian/Kimmeridgian boundary horizon is probably associated with increased eutrophication and possible association with ‟green tides”. This bloom is proposed as a palynofloral proxy event for the boundary in the Flodigarry section. According to previous studies, various eutrophication events may have a correlation potential in Subboreal Europe.

2

„Depositional setting of the Oligocene sequence of the Western Carpathians in the Polish Spisz region : a reinterpretation based on integrated palynofacies and sedimentological analyses” – Reply

Filipek A., Wysocka A., Barski M.

Geological Quarterly

|

2018

|

Vol. 62, No. 3

751--754

EN

[...]First of all, we would like to note that our reply will concentrate on substantial comments on the presented results or/and questionable interpretations.[...]

3

Detection of damages in hybrid composite plates with the use of elastic waves generated by PZT active sensors

Barski M., Pająk P.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 2

17--24

EN

The presented article is devoted to the problem of detection and localization of damages occurring in components of structures, which are made of hybrid composite materials. The subject of the work is a square plate consisting of a single layer made of aluminum alloy and several layers made of glass fibres (glass fabric) and epoxy resin. On the surface, which is made of composite, 12 piezoelectric elements are installed. These elements sequentially, one by one, generates a signal that is further recorded by the remaining piezoelectric elements. Picked up signal for the selected pair of activator – sensor is compared with the reference signal. The reference signal corresponds to the intact structure. This kind of approach is known as the pitch – catch configuration. In situations when the signal obtained for interrogated structure and reference one differs significantly, this may indicate that a damage exists between the activator and the sensor. Next, taking into account the information obtained from the other sensors, it is possible not only to detect but also to determine the approximate location of the flaw and to estimate its size. In order to visualize the obtained results, an especially dedicated software is developed according to the algorithms available in the literature – probability ellipse. Several computer simulations of wave propagation are performed using the finite element method. The proposed procedure is also tested experimentally. The presented approach makes it possible to detect both single and multiple damages.

4

Analytical and numerical identification of lamb waves modes for hybrid composites

Barski M., Pająk P.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 1

31--38

EN

The current work is devoted to the problem of analytical and numerical identification of fundamental elastic waves' modes, namely symmetric mode S0 and antisymmetric mode A0, in the case of hybrid composite. The investigated material consists of one layer made of aluminum alloy Pa38 and six layers made of glass fabric/epoxy resin. At the very beginning, the dispersion curves are determined with the use of stiffness matrix method. The calculated values of phase velocities are verified by numerical simulation. The semi – analytical finite element method is applied. Next, the numerical simulations of elastic waves propagation are performed. In the studied model, the plane state of strain is assumed. These simulations are carried out with the use of finite element method. The excitation signal is a sine wave modulated by Hanning window. The simulation is repeated for different excitation frequency. The group velocities of wave modes S0 and A0 are estimated and compared with the analytical results. The evaluation of the group velocities is based on the analysis of the appropriate components of displacement. The two different method are employed, namely: cross – correlation method and envelope extraction by Hilbert transform. Generally, the obtained results are in a good agreement. However, the method based on envelope extraction by Hilbert transform provides better correlation between analytical and numerical results. The significant discrepancy is observed in the case of symmetric mode S0 for relatively high values of frequency. It is caused by the dispersion phenomena. The analytical calculations are performed with the use of SCILAB 5.5.2 free software and the numerical simulations are carried out with the use of finite element system ANSYS 13.0.

5

Depositional setting of the Oligocene sequence of the Western Carpathians in the Polish Spisz region : a reinterpretation based on integrated palynofacies and sedimentological analyses.

Filipek A., Wysocka A., Barski M.

Geological Quarterly

|

2017

|

Vol. 61, No. 4

859--876

EN

The research on the Oligocene succession of the Central Carpathian Paleogene Basin (CCPB) in the Kacwin region focused on sedimentological and palynofacies analyses. Observations were carried out in natural exposures along three streams flowing in the Polish Spisz: Kacwinianka, Łapszanka and Kacwiński. Three main groups of lithofacies have been distinguished: coarse-grained, mixed and sandy-grained, and fine-grained. The lithofacies are characterized by variable sedimentary structures, e.g. massive structure, horizontal lamination, ripple cross-lamination, hummocky cross-stratification, deformation structure. Sedimentological analyses showed that structures typical for turbidity currents and those characteristic of relatively shallow deposition (HCS, wave ripples) could coexist in the investigated succession interpreted as typical for turbidity currents influenced by storm waves. This indicates relatively shallow-water environments. The palynofacies analysis enabled identification of the following components: black wood, brown wood, cortex, resin, sporomorphs, cuticle, algae, dinoflagellates and AOM. A high proportion of black wood and low diversity of components point to an origin related to turbidity currents. Furthermore, results of the palynofacies analysis have allowed determining that, during the deposition of the CCPB sediments in the Polish Spisz area, the distance between the deposition area and the source area became relatively large. The biostratigraphic analysis of dinoflagellate cysts from the Podhale Basin (Szaflary, Zakopane, and lower Chochołów beds) indicates an Early Rupelian age. Moreover, kerogen analysis in the UV was applied for the first time to study the CCPB succession. As a result, reworking was documented, so far unrecognized by other methods, and the mutual verification of the obtained results was possible.

6

Influence of the form of short-range repulsive interactions on final shape of internal structure in magneto-rheological fluids

Barski M.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 1

30--36

EN

The presented paper is devoted to the task of computational simulation of ferromagnetic particles in magneto-rheological fluids. Under the action of an external magnetic field, ferromagnetic particles form a complex internal microstructure. This microstructure is generally parallel to the direction of the external magnetic field intensity vector. The main aim of this work is to investigate the influence of the short-range repulsion interactions between the particles on the final shape of the internal microstructure. This interaction is implemented in the simulation process in such a way that the moving particles do not overlap. In the adopted theoretical model, in addition to the effects of short-range repulsion interactions, magnetostatic and hydrodynamic interactions are also taken into account. It is worth stressing that the applied theoretical model is very simple, however, it enables estimation of the mentioned effect. It was assumed that all the ferromagnetic particles have a spherical shape with a constant radius. A series of two-dimensional numerical simulations is carried out based on the molecular dynamic algorithm. The short-range repulsive interactions are described by a polynomial and by an exponential function with various parameter values. It turned out that the final shape of the microstructure strongly depends on the applied form of short-range repulsion. It is possible to obtain single isolated strings of particles as well as complex structures known as particle clusters.

PL

Prezentowana praca poświęcona jest zagadnieniu komputerowej symulacji zachowania cząstek ferromagnetycznych w płynach magneto-reologicznych. Pod działaniem zewnętrznego pola magnetycznego wspomniane cząstki tworzą skomplikowaną mikrostrukturę wewnętrzną. Generalnie, mikrostruktura ta wykazuje uporządkowanie w kierunku równoległym do wektora natężenia zewnętrznego pola magnetycznego. Głównym celem pracy jest wykazanie wpływu krótkozasięgowego oddziaływania odpychającego cząstki na ostateczny kształt owej mikrostruktury. Oddziaływanie to jest wprowadzane w symulacji po to, aby pozycje cząstek nie nakładały się wzajemnie. W przyjętym modelu teoretycznym, oprócz oddziaływań krótkozasięgowych, uwzględniono jeszcze oddziaływania magnetostatyczne oraz hydrodynamiczne. Jest to możliwie najprostszy model cieczy magneto-reologicznej pozwalający jednakże zbadać wpływ analizowanego oddziaływania krótkozasięgowego. Założono, że wszystkie cząstki posiadają kształt sferyczny o identycznym promieniu. Przeprowadzono szereg symulacji dwuwymiarowych w oparciu o algorytm dynamiki molekularnej. Oddziaływanie krótkozasięgowe opisano za pomocą wielomianu oraz funkcji wykładniczej. W przypadku funkcji wykładniczej rozważano różne wartości parametrów. Po przeprowadzeniu symulacji uzyskano różne kształty mikrostruktury wewnętrznej, począwszy od pojedynczych izolowanych łańcuchów cząstek po stosunkowo skomplikowane struktury zwane klastrami cząstek.

7

Determination of dispersion curves for composite materials with the use of stiffness matrix method

Barski M., Pająk P.

Acta Mechanica et Automatica

|

2017

|

Vol. 11, no. 2

121--128

EN

Elastic waves used in Structural Health Monitoring systems have strongly dispersive character. Therefore it is necessary to determine the appropriate dispersion curves in order to proper interpretation of a received dynamic response of an analyzed structure. The shape of dispersion curves as well as number of wave modes depends on mechanical properties of layers and frequency of an excited signal. In the current work, the relatively new approach is utilized, namely stiffness matrix method. In contrast to transfer matrix method or global matrix method, this algorithm is considered as numerically unconditionally stable and as effective as transfer matrix approach. However, it will be demonstrated that in the case of hybrid composites, where mechanical properties of particular layers differ significantly, obtaining results could be difficult. The theoretical relationships are presented for the composite plate of arbitrary stacking sequence and arbitrary direction of elastic waves propagation. As a numerical example, the dispersion curves are estimated for the lamina, which is made of carbon fibers and epoxy resin. It is assumed that elastic waves travel in the parallel, perpendicular and arbitrary direction to the fibers in lamina. Next, the dispersion curves are determined for the following laminate [0°, 90°, 0°, 90°, 0°, 90°, 0°, 90°] and hybrid [Al, 90°, 0°, 90°, 0°, 90°, 0°], where Al is the aluminum alloy PA38 and the rest of layers are made of carbon fibers and epoxy resin.

8

Designing of stress relieve groove parameters for flat endplates of pressure boilers

Szybiński B., Barski M., Wygoda M.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 4

513--520

EN

The application of flat ends as closures in pressure boilers is a certain alternative for commonly used dished ends. However, it is inevitably joined with the stress concentration presence in the vicinity of the junction between the cylindrical pipe and the ending flat plate. The notch effect, which is observed in the connection area, is usually caused by the abrupt change of the inner wall shape and the lack of the curvature continuity in this region. The problem of the stress reduction in the transition zone between the cylindrical pipe and the endplate has been studied by researchers from many years and several proposals how to modify the shape of the respective elements have been established. On the base of these results, several designs for flat end closures are proposed in the codes applied in pressure boilers calculations. This paper shows the effectiveness of one of the design proposals, admitted by code EN 13445-3. In the proposed analysis the special attention are paid to flat ending plates with the circular stress relieve grooves. The parameters of the groove radii and location of its centre are set by a system of inequalities, which usually defines the region of admissible values for radii and position of the circular groove centre. The choice of these values strongly influences the stress concentration and in the considered code, no clear suggestions or justification is given how to choose the best groove parameters, providing the minimum stress concentration. In this report, the Authors show how to choose the best combination of the design parameters providing the minimum stress concentration.

9

An application of stiffness matrix method to determining of dispersion curves for arbitrary composite materials

Barski M., Pająk P.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 1

47--54

EN

Nowadays multi-layered composite material is very often applied in different kind of structures, like aircrafts, boats or vehicles. Parts of structures, which are made of these materials, are significantly lighter in comparison with traditional materials, like aluminum or steel alloys. On the other hand, the process of damage creation and evolution in the case of composites is much more complex. Moreover, the damages, which are characteristic for multi-layered materials (matrix cracking, fibre breakage, delaminations), are very difficult to detect at early stage of creation. Hence, there is a need to develop the advanced methods to detect them without destroying tested composite element. One of them is based on analysis of elastic wave propagation through the composite structure. Unfortunately, elastic waves possess strongly dispersive character. Thus, it is necessary to determine dispersion curves for investigated material before the tests in order to appropriate interpretation of received dynamic response of structure. In the case of arbitrary composite materials, it is rather challenging task. In the present article the relatively new, analytical method is applied, namely stiffness matrix method. The fundamental assumptions and the theoretical formulation of this method are discussed. Next numerical examples are presented, namely the dispersion curves are determined for the single orthotropic lamina and multi-layered 'quasi - isotropic' composite plate. The studied plates are made of glass fibres and epoxy resin. In the case of single lamina, the dispersion curves are determined in the parallel, perpendicular and arbitrary direction of waves propagation with respect to the fibre direction. In the case of multi-layered plates, the dispersion curves are computed for one arbitrary direction. Additionally, the phase and group velocities for fundamental modes and fixed excitation frequency are estimated in all directions of waves propagation.

10

A new Triassic-Jurassic section in the southern part of the Holy Cross Mts. (Poland) implications for palaeogeography

Kozłowska M., Barski M., Mieszkowski R., Antoszewska A.

Geological Quarterly

|

2016

|

Vol. 60, No. 2

365--484

EN

Sedimentological, stratigraphical and geophysical studies across a new Triassic-Jurassic transition section in the Holy Cross Mts., Poland have revealed a large sedimentary hiatus embracing the entire latest Triassic–Early Jurassic – earliest Middle Jurassic time interval and yielded new data on the Triassic fluvial system and on Middle Jurassic shallow marine sedimentation. The presence of organic-walled dinoflagellate cysts allowed a precise age assignment of the black clay facies. Regional discussions and comparisons may be made with other areas with a similar depositional environment in Poland. For the first time a counterpart of the “Kościeliskie Beds” lithostratigraphic unit is proposed to exist in the Holy Cross Mts. area.

11

Fatigue damage detection in composite plate with a circular hole by elastic wave propagation method

Stawiarski A., Miarka S., Barski M., Romanowicz P.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 1

20--24

EN

In this study, the elastic wave propagation phenomenon was used to detect the initiation of fatigue damage in a composite plate with a circular hole. The Structural Health Monitoring (SHM) system based on the active pitch-catch measurement technique was proposed. Two configurations of measuring points location were taken into account. The signals from the intact structure were compared with the dynamic response from a structure having a relatively small, interlaminar defect. The influence of the measuring points (actuators and sensors) location on the effectiveness of the damage detection method was performed to obtain an efficient system which can detect the initiation of fatigue damage in a composite plate with a circular hole.

PL

W pracy wykorzystano metodę propagacji fal sprężystych do wykrywania inicjacji uszkodzeń zmęczeniowych w kompozytowej płycie z otworem. Zaproponowano system SHM (Structural Health Monitoring) oparty na aktywnej, transmisyjno-odbiorczej technice pomiarowej. Uwzględniono dwie konfiguracje rozmieszczenia punktów pomiarowych. Sygnały pochodzące ze struktury wzorcowej porównano z dynamiczną odpowiedzią płyty zawierającej stosunkowo niewielki, międzywarstwowy defekt. Określono wpływ lokalizacji punktów pomiarowych (aktywatorów i sensorów) na skuteczność metody detekcji w celu uzyskania efektywnego systemu umożliwiającego wykrycie inicjacji uszkodzenia zmęczeniowego w kompozytowej płycie z otworem.

12

Dispersion relations for composite structures. Pt. 2, Methods of determining dispersion curves

Barski M., Stawiarski A., Chwał M.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 3

147--153

EN

In the first part of the current review, the fundamental assumptions of the theoretical model of elastic waves propagation in multilayered composite material are presented. Next, the equations which describe elastic wave motion in the case of single orthotropic lamina are derived. In the second part of this work, the most commonly used method of determining dispersion curves for multilayered composite material are discussed, namely: the transfer matrix method (TMM), global matrix method (GMM), stiffness matrix method (SMM) and finally the semi-analytical finite element method (SAFE). The first three methods are based on the relationships which are derived in the first part of this review. Moreover, TMM and GMM should be considered numerically unstable in the case of a relatively large product value of wave frequency and the total thickness of the composite plate. However, SMM seems to be unconditionally stable. The last method is based on the finite element approach and it can be used in order to confirm the results obtained using the analytical method. Finally, exemplary dispersion curves are presented. The dispersion curves are determined for the 8-th layer of the composite material, which is made of carbon fiber and epoxy resin. It is assumed that the wave front travels in an arbitrary direction.

PL

W części pierwszej pracy omówiono założenia dotyczące teoretycznego modelu propagacji fal sprężystych w wielowarstwowych materiałach kompozytowych. Następnie wyprowadzono równania opisujące zjawisko propagacji fal sprężystych w pojedynczej warstwie o ortotropowych własnościach mechanicznych. W części drugiej przedstawiono podstawy najczęściej wykorzystywanych metod wyznaczania krzywych dyspersji dla ośrodków wielowarstwowych, a mianowicie: transfer matrix method (TMM), global matrix method (GMM), stiffness matrix method (SMM), a także semi-analytical finite element method (SAFE). Pierwsze trzy podejścia oparte są bezpośrednio na równaniach wyprowadzonych w części pierwszej. Metody TMM oraz GMM uważane są za numerycznie niestabilne w przypadku odpowiednio dużych wartości iloczynu częstotliwości i całkowitej grubości płyty kompozytowej. Natomiast wydaje się, że podejście SMM jest numerycznie bezwarunkowo stabilne. Ostatnia z wymienionych metod oparta jest na metodzie elementów skończonych i można ją efektywnie wykorzystać w celu potwierdzenia wyników otrzymanych przy użyciu poprzednio wymienionych algorytmów. Jako przykład pokazano krzywe dyspersji wyznaczone dla 8-warstwowego materiału kompozytowego wykonanego z włókna węglowego, przy czym założono, że czoło fali porusza się w dowolnie założonym kierunku.

13

Dispersion relations for composite structures. Pt. 1, Basic assumptions and relationships for monoclinic lamina

Barski M., Stawiarski A., Chwał M.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 3

125--131

EN

Nowadays, the propagation of elastic waves, particularly Lamb waves, is very often used in detecting damages in different kinds of composite materials. These systems are known as structural health monitoring (SHM). However, the phenomenon of Lamb wave propagation is very complex, especially in the case of thin-walled composite structures. Generally, three types of Lamb waves are observed, namely: longitudinal or pressure waves (L), shear vertical (SV) and shear horizontal (SH). The phase and group velocities of the mentioned waves depend on the thickness of the structure and the frequency of the excited signal. This fact makes proper interpretation of the received dynamic response of the structure difficult or even impossible. Therefore, determining the appropriate dispersion curves for different materials is a very important issue. In the present review, the most commonly used analytical approaches for determining dispersion curves in the case of multilayered composite plates are presented. At the very beginning of this work the solution for single isotropic plates is presented. Next, the fundamental assumptions of the theoretical model, which describe the elastic wave propagation phenomenon in multilayered materials, are discussed. In the first part, the relationships describing the elastic wave propagation for single orthotropic lamina are presented. There are two studied cases: namely when the wave front of the elastic wave travels along the principal directions of the material and when the wave front of the elastic wave travels in any arbitrary direction.

PL

Obecnie zjawisko propagacji fal sprężystszych, a w szczególności fal Lamba jest często wykorzystywane przy projektowaniu różnych systemów wykrywania uszkodzeń w wielowarstwowych materiałach kompozytowych. Systemy te są ogólnie znane pod skrótem SHM (Structural Health Monitoring). Jednakże, zjawisko propagacji fal Lamba w kompozytowych konstrukcjach cienkościennych posiada bardzo skomplikowany charakter. W ogólnym przypadku w zależności od płaszczyzny polaryzacji drgań cząstek rozróżniamy trzy rodzaje fal Lamba, a mianowicie: falę podłużną (L) oraz fale poprzeczne spolaryzowane w kierunku pionowym (SV) oraz poziomym (SH). Dodatkowo, każda z wymienionych fal w zależności od grubości materiału oraz częstotliwości generowanego sygnału posiada odpowiednie mody. Mody te propagują się z różną prędkością zarówno fazową, jak i grupową. Zjawisko to znacznie utrudnia interpretację zarejestrowanej dynamicznej odpowiedzi konstrukcji. W pracy szczegółowo opisano najczęściej wykorzystywane analityczne metody wyznaczania krzywych dyspersji. Na początku przedstawiono rozwiązanie dla jednowarstwowej płyty izotropowej. Następnie omówiono podstawowe założenia teoretycznego modelu propagacji fal sprężystych w materiałach wielowarstwowych. W części pierwszej zaprezentowano równania opisujące zjawisko propagacji fal sprężystych w jednowarstwowych płytach o własnościach ortotropowych. Rozważano dwa przypadki, a mianowicie kiedy czoło fal sprężystych porusza się wzdłuż osi głównych materiału oraz kiedy czoło fali porusza się w dowolnym kierunku.

14

Design of rectangular composite plates with circular holes

Barski M., Kędziora P., Chwał M.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 1

52--57

EN

The presented work is devoted to the problem of the optimal design of a multilayered composite structure. A square composite plate of geometrical dimensions 250x250x3 mm with a circular hole of diameter d = 100 mm is investigated. The structure is made of composite material, which consists of N = 12, 16 or 20 layers. Each layer is made of the same material, namely carbon fibers with epoxy resin (CFRP, fibers T300, matrix N5208). It is also assumed that the feasible fiber orientation angles are 0º, ±45º, 90º. The layer stacking sequence is symmetric with respect to the middle surface of the studied plate. The structure is subjected to uniform tension in the horizontal and vertical directions. Calculations are performed for the following load ratios, namely: ph/pv = 0, 0.5, 0.75, 1.0, where ph and pv denote the load in the horizontal and vertical directions, respectively. The optimization problem is stated as follows: we look for the stacking sequence (the number of layers with fiber orientation angle equal to 0º, ±45º, 90º, respectively), which ensures the maximal value of the load multiplier. In order to find the solution to the optimization problem, the advanced concept of the discrete design variable is introduced. The use of these variables significantly simplifies the optimization process. In consequence, a very simple optimization procedure can be utilized. All the necessary computations are carried out with the use of the commercial finite element package ANSYS 12.1. The analyzed plate is modeled as a shell structure. The optimal solution mainly depends on ph/pv. The total number of layers also has a slight influence on the obtained solution. The results are presented in graphs and collected in tables.

PL

Praca poświęcona jest zagadnieniu optymalnego projektowania wielowarstwowych struktur kompozytowych. Analizie poddano kwadratową płytę o wymiarach 250x250x3 mm. Rozważana konstrukcja posiada w geometrycznym środku kołowy otwór o średnicy 100 mm. Zastosowany materiał kompozytowy składa się z N = 12, 16 lub 20 warstw. Każda warstwa wykonana jest z włókna węglowego oraz żywicy epoksydowej (CFRP, włókna T300, żywica N5208). Przyjęto także, że dopuszczalne kąty orientacji włókien w warstwach to 0º, ±45º, 90º. Rozważano jedynie konfiguracje symetryczne względem powierzchni środkowej. Analizowana płyta poddana jest równomiernemu, proporcjonalnemu rozciąganiu, zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym. Jako kryterium optymalizacji przyjęto maksymalną wartość mnożnika obciążenia. Optymalnej konfiguracji laminatu poszukiwano dla następujących proporcji obciążenia: ph/pv = 0, 0.5, 0.75, 1.0, gdzie ph oznacza obciążenie działające w kierunku poziomym, zaś pv w kierunku pionowym. W celu wyznaczenia rozwiązania zastosowano dyskretne zmienne decyzyjne. Podejście takie umożliwia znaczne uproszczenie procedury optymalizacji. Wszystkie niezbędne obliczenia wykonano przy wykorzystaniu komercyjnego systemu opartego na metodzie elementów skończonych - ANSYS 12.1. W wyniku przeprowadzonej analizy uzyskano optymalne konfiguracje laminatów. Rozwiązania te wyraźnie zależą od proporcji obciążenia. Niewielki wpływ na rozwiązanie ma również przyjęta liczba warstw. Uzyskane wyniki przedstawiono na wykresach oraz zebrano w odpowiednich tabelach.

15

Modelowanie numeryczne zjawiska propagacji fal sprężystych w płytach prostokątnych z otworem kołowym

Barski M., Stawiarski A., Pająk P.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

2015

|

z. 106

30

PL

Zjawisko propagacji fal sprężystych znajduje obecnie szerokie zastosowanie w systemach wczesnego wykrywania uszkodzeń w elementach nośnych konstrukcji. Jednakże w wielu takich elementach znajdują się różnego rodzaju otwory, które często powodują powstawanie koncentracji naprężeń. Jest to główna przyczyna powstawania uszkodzeń. W obecnej pracy skoncentrowano się na analizie numerycznej (metoda elementów skończonych) propagacji fal sprężystych w sąsiedztwie otworów. Wyniki symulacji komputerowych zweryfikowano eksperymentalnie przy wykorzystaniu przetworników piezoelektrycznych i odpowiedniej aparatury kontrolno-pomiarowej. Praca ta stanowi wstęp do opracowania efektywnej i skutecznej metody lokalizowania uszkodzeń na krawędzi otworów.

16

Wykrywanie uszkodzeń w kompozytowym panelu cylindrycznym na podstawie analizy drgań wymuszonych

Pająk P., Barski M.

Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska

|

2014

|

z. 82

175--185

PL

Praca poświęcona jest zagadnieniu wykrywania uszkodzeń w kompozytowych cylindrycznych panelach. Zastosowana metoda oparta jest na analizie wymuszonych drgań konstrukcji. Opracowanie ma charakter numerycznego eksperymentu zrealizowanego przy wykorzystaniu metody elementów skończonych. Uszkodzenie materiału modelowane jest przez redukcję sztywności oraz gęstości kompozytu. W pierwszym etapie (analiza modalna) obliczane są częstotliwości drgań własnych konstrukcji. Następnie, jako wynik analizy harmonicznej, wyznaczane są kolejne formy drgań panelu oraz krzywizny w kierunkach osiowym i obwodowym. Na podstawie porównania odpowiednich krzywizn konstrukcji bez uszkodzenia i z uszkodzeniem możliwe jest wykrycie wady oraz oszacowanie jej lokalizacji i wielkości. Proponowana metoda cechuje się dużą rozdzielczością pomiaru. Teoretycznie możliwe jest wykrycie nieznacznego defektu we wczesnym etapie jego powstawania.

EN

The current work is devoted to the damage detecting inside the composite cylindrical panels. The applied method is based on the analysis of the natural vibration and corresponding mode shapes. The analysis is performed with use of finite element method. The internal defect is modeled by the reduction of the composite material stiffness and density in arbitrary chosen elements. In the first step the natural frequencies of the intact structure are computed with use of the modal analysis. Next, the corresponding mode shapes are determined (harmonic analysis) for the damage and intact structure. For the each mode shape the curvature in the longitudinal and circumferential direction are determined. In the location of the damage the change of mode shape curvature are quite different in comparison with intact structure. The proposed method of the damage detecting in the investigated here multilayered cylindrical panel are very sensitive. Even single small flaws with relatively low reduction of the material stiffness as well as its position can be effectively detected and localized.

17

Experimental and numerical analysis of guided waves propagation in narrow isotropic plate with notch

Barski M., Pająk P.

Journal of KONES

|

2014

|

Vol. 21, No. 1

23--30

EN

The phenomenon of the guided waves propagation can be applied in order to detect different types of damages in real structures. The existence of flaws, like cracks, notches, or holes, causes the change of the wave propagation in the analysed structure in comparison with the intact one. However, in the vicinity of the free edges the dynamic response is very complicated due to the reflections and interference of the incident waves. Thus, the process of the damage detection and localization can be very difficult. Therefore, the current work is devoted to the experimental and numerical analysis of the guided waves propagation in the narrow, thin plates (beams). The investigated structure is made of aluminum alloy. Mainly, the influence of the notch on the waves’ propagation is studied. The waves are generated and picked up by the piezoelectric transducers. In order to carry out the numerical simulations the finite element method is applied. Moreover, the piezoelectric activators and sensors are modelled with the use of the coupled field finite solid elements and the plate with the use of the structural solid elements. Generally, three types of the waves are observed, namely the horizontal and shear wave, which move along the symmetry axis of the plate and the horizontal wave, which propagates in the perpendicular direction. The existence of the notch generally causes that the voltage amplitude of the received signal is reduced in comparison with the results obtained for the intact structure. Qualitatively, the similar effect is observed in the case of the experimental findings.

18

Static and fatigue strength composite plates with holes

Barski M.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 1

3--7

EN

The number of structures made from multi-layered composite materials increases every year. Some of these structures include different cutouts, which result from the manufacturing process or are needed for maintenance. This kind of discontinuities are the source of stress concentrations, which cause the nucleation and evolution of various forms of damages in composite materials. The problem of the damage becomes particularly important when the structure is subjected to cyclic loads. The present work concentrates on the investigation of the strength evaluation for rectangular composite plates with internal holes of different shapes. Numerical results are presented for circular, elliptic and square (with rounded corners) holes placed in the centre of a plate, which is subjected to bi-directional tension pressure imposed along the outer edges. It is assumed that the stacking sequence is symmetric with respect to the middle surface of the structure. The considered plates are made from an angle-ply laminate, which consists of the twelve layers with a fiber orientation angle ±θ, for example [±5°, ±5°, ±5°, ±5°]s, where 's' denotes the symmetry. The fiber orientation angle θ is studied in order to find the maximum strength of the considered plate. The solution is sought from the following discrete values, namely [0°, 5°, 10°, 15°, ... , 90°]. The numerical calculations are performed with the use of the multipurpose finite element code ANSYS 12.1. In order to estimate the static strength of the structure, the linear (admissible stress) first ply failure criteria are applied. The influence of the geometry of the plate and the cutout on the optimal solution (fiber orientation angle ±θ) is also investigated. It is assumed that the ratio of the area of the analyzed plate and the hole is constant for the different shapes of holes. Simulations are performed for the two different materials, where the ratio of Young's modulus E1, E2 equal, respectively, E1/E2 << 1 (anisotropy) and E1/E2 ≈ 1 (quasi-isotropy).

PL

Obecnie z wielowarstwowych materiałów kompozytowych wykonywanych jest coraz więcej elementów konstrukcji. Wiele z tych elementów posiada rozmaite otwory niezbędne w procesie montażu, a następnie w procesie eksploatacji. Tego typu nieciągłości stanowią główną przyczynę powstawania koncentracji naprężeń. Zjawisko to z kolei jest przyczyną powstawania i narastania uszkodzeń, szczególnie przy obciążeniach zmiennych w czasie. Z tego też powodu niezwykle istotne staje się zagadnienie optymalnego projektowania tychże materiałów z punktu widzenia wytrzymałości zmęczeniowej. W pracy rozważano płaski, prostokątny element kompozytowy z centralnie zlokalizowanym kołowym, eliptycznym lub kwadratowym otworem. Element ten poddany jest działaniu ciśnienia przyłożonego na krawędziach zewnętrznych. Obciążenie to ma charakter proporcjonalny i zawarte jest w płaszczyźnie elementu. Założono symetryczną względem powierzchni środkowej konfigurację laminatu typu angle-ply, złożoną z ośmiu warstw wykonanych z identycznego materiału. Celem optymalizacji jest wskazanie takiej wartości kąta orientacji włókien ±θ, która gwarantuje największą możliwą wytrzymałość konstrukcji statyczną konstrukcji, a co za tym idzie, również zmęczeniową. Rozwiązanie poszukiwane jest w zbiorze wartości dyskretnych [0°, 5°, 10°, 15°, … , 90°]. Do wykonania niezbędnych obliczeń wytrzymałościowych wykorzystano komercyjny system oparty na metodzie elementów skończonych ANSYS 12.1. Do oszacowania nośności konstrukcji wykorzystano liniowe (naprężeniowe) kryterium zniszczenia typy first ply failure. Analizie poddano również wpływ zarówno wymiarów geometrycznych płyty, jak i otworu na optymalne wartości kąta orientacji włókien, przy czym założono, że pole powierzchni rozważanych płyt oraz otworów jest stałe. Symulacje przeprowadzono dla dwóch materiałów, dla których stosunek wartości modułów Younga wynosi odpowiednio E1/E2 << 1 oraz E1/E2 ≈ 1.

19

Structural health monitoring (SHM) methods in machine design and operation

Barski M., Kędziora P., Muc A., Romanowicz P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2014

|

Vol. LXI, nr 4

653--677

EN

The present paper is devoted to the discussion and review of the non-destructive testing methods mainly based on vibration and wave propagation. In the first part, the experimental methods of actuating and analyzing the signal (vibration) are discussed. The piezoelectric elements, fiber optic sensors and Laser Scanning Doppler Vibrometer (SLDV) method are described. Effective detecting of the flaws needs very accurate theoretical models. Thus, the numerical methods, e.g. finite element, spectral element method and numerical models of the flaws in isotropic and composite materials are presented. Moreover, the detection of the damage in structures, which are subjected to cyclic or static loads, is based on the analyzing of the change in natural frequency of the whole structure, the change of internal impedance of the material and the change in guided waves propagating through the investigated structure. All these cases are characterized in detail. At the end of this paper, several applications of the structural health monitoring systems in machine design and operation are presented.

PL

Obecnie prezentowana praca poświęcona jest zagadnieniom związanym z szeroko rozumianym pojęciem badań nieniszczących. Dotyczy to przede wszystkim metod opartych na analizie drgań jak również propagacji fal sprężystych w elementach konstrukcji maszyn. Pierwsza część pracy zawiera przegląd najczęściej wykorzystywanych typów wzbudników oraz czujników, a mianowicie przetworników piezoelektrycznych, włókien optycznych. Przegląd ten uzupełniono opisem zaawansowanej technologii pomiaru drgań przy wykorzystaniu technik laserowych. Zebrane w ten sposób dane muszą być następnie odpowiednio przetworzone tak, aby uzyskać informacje na temat występowania uszkodzeń, ich lokalizacji i rozmiaru. W tym celu niezbędne jest przygotowanie odpowiednich modeli teoretycznych opartych na technologii Metody Elementów Skończonych lub Elementów Spektralnych. Ponadto, należy również opracować i przetestować komputerowe modele uszkodzeń w materiałach izotropowych jak również kompozytowych. Istnienie uszkodzenia w materiale powodować może zmianę wartości częstotliwości drgań własnych oraz odpowiadających im form drgań, impedancji mechanicznej jak również zakłócenia w rozchodzeniu się fal sprężystych. Przypadki te omówiono szczegółowo w niniejszej pracy. Przegląd ten uzupełniono wybranymi przykładami praktycznego zastosowania powyższych technik kontroli stanu konstrukcji.

20

Damage detection in composite cylindrical panels based on forced vibration

Barski M., Pająk P.

Journal of KONES

|

2013

|

Vol. 20, No. 1

15--22

EN

The current work is devoted to the problem of the damage detecting inside the composite cylindrical panels. The applied method is based on the analysis of the forced vibration and corresponding mode shapes of the structure. The presented study has theoretical character (numerical experiment) but it can be easily adopted in practice, for example in case of the SLDV technique. The analysis is performed with use of finite element method. The internal defect is modeled by the reduction of the composite material stiffness and density in arbitrary chosen elements. In the first step the natural frequencies of the intact structure are computed with use of the modal analysis. Next, the corresponding mode shapes are determined (harmonic analysis) for the damage and intact structure. For the each mode shape the curvature in the longitudinal and circumferential direction are determined. Generally, the change of the curvature are very similar in case of damage and intact structure. However, in the location of the damage the change of mode shape curvature are quite different in comparison with intact ones. This fact can be further used in order to detect any kind of flaws inside the analyzed structure. The appropriate damage index is also introduced. Moreover, the simplified analysis of the measurement error influence on the accuracy of the proposed approach is also investigated. The discussed method of the damage detecting in the investigated here multilayered cylindrical panel are very sensitive. Even single small flaws with relatively low reduction of the material stiffness as well as its position can be effectively detected and localized.