Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Characterization of balsa sandwich structures with fiber reinforced epoxy face sheets

Blei R., Stanik R., Gude M., Czulak A.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 3

126--130

EN

The aim of this study was to examine the effect of different material combinations and process parameters on the material characteristics of sandwich structures. Therefore, the material properties of sandwich structures made from woven fabrics (glass/flax fibers) and powder epoxy resin as well as balsa cores were investigated. These material combinations are highly interesting for customized lightweight constructions as they bear the potential to construct three-dimensional free shape structures. The structural set-up observed during this study consists of balsa wood which is covered with two outer layers of fiber reinforced epoxy resin. In order to compare the effects of these outer layers on the material behavior, specimens with woven fabrics made out of glass and flax fibers were manufactured. During a hot pressing process, the fiber bed was infiltrated with powder epoxy resin while being pressed to the balsa core. To determine the material characteristics of the manufactured composite, mechanical tests such as 4-point-bending (DIN 51227) and peel tests (DIN EN 1464) were executed. Further investigations consisted of microscopic analyses to ensure quality control of the specimens. Additionally, the degree of wood penetration was examined during this screening process. It was revealed that the specimens with glass face sheets yielded a higher flexural strength (average: 19.54 MPa) and modulus (1815.12 MPa) than the flax specimens (strength: 16.14 MPa; modulus: 1353.83 MPa). Furthermore, the average peel resistance of the glass specimens (1.54 N/mm) was slightly higher than the average value of the flax fabric specimens (1.38 N/mm). Concerning the infiltration behavior, greater penetration of the balsa core was noted when using glass face sheets.

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu różnych kombinacji materiałów i parametrów procesu wytwarzania na własności wytrzymałościowe struktur warstwowych. W związku z tym zbadano właściwości struktur warstwowych wykonanych z tkanin (włókien szklanych/lnianych), sproszkowanej żywicy epoksydowej oraz drewnianego rdzenia z balsy. Dzięki możliwości trójwymiarowego kształtowania kombinacja tych materiałów posiada bardzo duży potencjał w indywidualnych, lekkich konstrukcjach. Badany kompozyt wielowarstwowy składa się z rdzenia z balsy, pokrytego dwiema okładzinami zewnętrznymi, składającymi się z żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknami. W celu porównania wpływu tych zewnętrznych warstw na zachowanie materiału wytworzono próbki z wzmocnieniami z tkaniny z włókna szklanego oraz lnianego. W procesie prasowania tkanina została przesycona żywicą podczas jednoczesnego dociskania i połączenia z rdzeniem z balsy. W celu wyznaczenia własności materiałowych wytworzonego kompozytu wykonano testy mechaniczne, takie jak czteropunktowe zginanie (DIN 51227) i próby odrywania (DIN EN 1464). Dalsze badania obejmowały analizę mikroskopową w celu kontroli jakości próbek. Ponadto przeprowadzono analizę wpływu rodzaju materiału wzmocnienia na stopień penetracji drewna. Przeprowadzone badania wykazały, że próbki z okładzinami szklano-epoksydowymi posiadają wyższą wytrzymałość na zginanie (średnio 19.54 MPa) i moduł (1815.12 MPa) niż próbki zawierające wzmocnienie z włókna lnianego (wytrzymałość: 16.14 MPa, moduł: 1353.83 MPa). Ponadto średnia odporność na odrywanie okładzin zawierających wzmocnienie szklane (1.54 N/mm) była nieco większa niż średnia wartość próbek z wzmocnieniem lnianym (1.38 N/mm). Analiza mikroskopowa wykazała, iż zastosowanie wzmocnienia z włókna szklanego umożliwia uzyskanie wyższych głębokości penetracji rdzenia z balsy.

2

Nanofluid flow and heat transfer in boundary layers at small nanoparticle volume fraction: Zero nanoparticle flux at solid wall

Liu J. T. C., Fuller M. E., Wu K. L., Czulak A., Kithes A. G., Felten C. J.

Archives of Mechanics

|

2017

|

Vol. 69, nr 1

75--100

EN

The continuum formulation is applied to the developing boundary layer problem, which approximates the entrance region of nanofluid flow in micro channels or tubes. The thermophysical properties are expressed as “equations of state” as functions of the local nanofluid volume fraction. Based on experimental utilization of nanofluid prevalently at small volume fraction of nanoparticles, a simple perturbation procedure is used to expand dependent variables in ascending powers of the volume fraction. The zeroth order problems are the Blasius velocity boundary layer and the Pohlhausen thermal boundary layer. These are accompanied by the volume fraction diffusion equation. In detailed applications, the boundary condition of zero-volume flux at a solid wall is specified and yields an “insulated wall” solution of constant volume fraction. Two property cases are calculated as comparisons: one is the use of mixture properties for the nanofluid density and heat capacity and the transport properties prevalently used in the literature attributed to Einstein and to Maxwell. Results for alumina are compared to experiments. The theory underestimates the experimental results. This leads to the second comparison, between “conventional” properties and those obtained from molecular dynamics computations available for gold-water nanofluids. The latter properties considerably increased the heat transfer enhancement relative to “conventional” properties and heat transfer enhancement is comparable to the enhanced skin friction rise. To fully appreciate the potential of nanofluids and heat transfer enhancement, further molecular dynamics computations of properties of nanofluids, including transport properties, accompanied by careful laboratory experiments on velocity and temperature profiles are suggested.

3

Człowiek jak automat czy automat jak człowiek?

Hajdrowski K., Czulak A., Przybyszewski B., Furman P.

Wiadomości Elektrotechniczne

|

2016

|

R. 84, nr 6

3--10

PL

Przedstawiono rozwój procesów automatyzacji, robotyzacji i cyfryzacji produkcji na przestrzeni ostatnich lat w różnych dziedzinach życia, zwracając szczególną uwagę na rolę robotów.

EN

The paper presents development of automation processes, robotization and digitalization of production within last years in different fields. Special attention is paid to the role played by robots.

4

Impregnation studies and mechanical characterization of cellular, natural, fiber-reinforced, composite structures

Geller S., Weissenborn O., Gude M., Czulak A.

Polimery

|

2016

|

T. 61, nr 2

125--132

EN

With the use of natural fibers as a substitute for synthetic reinforcements, a significant contribution towards advanced ecological and efficient lightweight structures can be made.Within this article, the polyurethane (PUR) spray coat method is used for the manufacture of natural fiber-reinforced composites based on the fiber materials linen and hemp. Both the investigation of the mechanical properties and the yarn impregnation, as a reference for the composite quality, are of major interest and help to evaluate the potential of these bio-based materials as a contribution towards advanced lightweight components.

PL

Kompozyty wzmocnione włóknami naturalnymi na bazie lnu i konopi wytwarzano metodą warstwowego natrysku poliuretanu (PUR). Zbadano proces impregnacji przędzy i właściwości mechaniczne otrzymanych kompozytów oraz oceniono możliwości zastosowania takich materiałów pochodzenia naturalnego w zaawansowanych lekkich elementach konstrukcyjnych.

5

Effect of environmentally-friendly flame retardants on fire resistance and mechanical properties of rigid polyurethane foam

Czech-Polak J., Przybyszewski B., Heneczkowski M., Czulak A., Gude M.

Polimery

|

2016

|

T. 61, nr 2

113--116

EN

In this paper the new compositions of polyurethane foams with reduced flammability containing environmentally friendly flame retardants, such as ammonium polyphosphate, melamine pyrophosphate, triethyl phosphate, bentonite and expanded graphite obtained with long fiber injection (LFI) method have been presented. The effect of the addition of various flame retardants and their mixtures on the fire resistance and mechanical properties of the foams has been determined. An improvement in fire resistance of the modified polyurethane compositions has been observed. Manufactured polyurethane foams containing flame retardants have been classified as materials with flammability class V-0. The addition of flame retardants has not significantly deteriorated mechanical properties of the investigated materials.

PL

Metodą wtryskiwania długich włókien (LFI) otrzymano nowe kompozycje pianek poliuretanowych o ograniczonej palności, zawierające przyjazne środowisku środki zmniejszające palność, takie jak: polifosforan amonu, pirofosforan melaminy, fosforan trietylu, bentonit i grafit ekspandowany. Określono wpływ dodatku tych antypirenów i ich mieszanin na ognioodporność oraz właściwości mechaniczne pianek. W porównaniu z pianką poliuretanową bez dodatków, wszystkie modyfikowane kompozycje poliuretanowe wykazały poprawę ognioodporności i zostały sklasyfikowane jako materiały niepalne klasy V-0. Stwierdzono także, że dodatek antypirenów nie spowodował istotnego pogorszenia właściwości mechanicznych badanych materiałów.

6

Lekkie roboty medyczne - przegląd materiałów i technologii do ich wytwarzania

Czulak A., Kozak K.

Medical Robotics Reports

|

2016

|

vol. 5

57--60

7

Badanie procesu sieciowania jednoskładnikowych żywic epoksydowych ASSET®

Pilawka R., Mąka H., Czulak A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2014

|

[R.] 20, nr 6 (162)

517--521

PL

Przedstawiono wyniki badań procesu sieciowania dwóch komercyjnych jednoskładnikowych żywic epoksydowych oferowanych przez firmę „New Era Materials" o różnej reaktywności. Zmiany zachodzące podczas tego procesu obserwowano śledząc zmiany ciepła właściwego za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) oraz lepkości (reometr naprężeniowy ARES) co pozwoliło określić parametry kinetyczne i dopasować modele kinetyczne autokatalitycznego procesu sieciowania zgodnie z równaniami Sesták-Berggrena i Kamala. Dane uzyskane metodą DSC jak i z krzywych reologicznych umożliwiają wyznaczenie parametrów charakterystycznych oraz kinetycznych procesu sieciowania: stałych szybkości reakcji oraz globalnych rzędów reakcji. Ponadto pozwalają na optymalizację procesu sieciowania poprzez dobór temperatury tego procesu, odpowiednio: dla ASSET®01 temperatury 120°C oraz ASSET®02 170°C.

EN

The results of curing process of two commercial one-component epoxy resin exhibiting various reactivity (product by "New Era Materials", Poland), has been presented. Using differential scanning calorimetry and stress rheometry ARES (viscosity changes) allowed to determine kinetic parameters of curing process, such as: rate constant and global reaction orders. Subsequently, kinetic models of autocatalytic curing process were fitted (Sesták-Berggren and Kamal). Moreover, optimal temperature values crosslinking process, i.e. 120°C and 170°C for ASSET®01 and ASSET®02, respectively has been determined.

8

Manufacturing with Application of Gpi Method and Selected Properties of Al Matrix Composites Reinforced Unidirectionally and Three-Directionally with Carbon Fibres

Wojtaszek M., Czulak A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1539--1546

EN

The discussion of the possibility of application of the GPI (gas pressure infiltration) process to the manufacturing of composites based on selected aluminium alloys reinforced with carbon fibres coated with nickel protective layer, as well as the determination of selected properties of materials obtained using this technique, is presented in the article. The composites reinforced unidirectionally (UD) were produced, the suitable volume fraction of fibres was determined and the proper forming parameters were established. Basing on the obtained results, with application of the same components, the composites reinforced three-directionally (3D) were subjected to infiltration. The preforms were designed and prepared using plaiting and joining methods. The GPI process parameters were verified for the assumed fibre arrangement. Thermal expansion of matrix alloys and composites obtained with application of most favourable parameters was determined and the influence of fibre arrangement and chemical composition of the matrix on the obtained results was analysed. The comparative abrasion tests with application of different velocities were performed for the selected alloy and the composite reinforced unidirectionally. In order to evaluate the changes taking place in the matrix during infiltration, the analysis of chemical composition of composites was performed for materials reinforced unidirectionally, as an example. The correctness of distribution of fibres in the composite matrix was also evaluated by means of microstructure observation as well as non-destructive testing with application of computed tomography technique. The results obtained during the investigations provide information concerning suitability and limitations of the GPI method to the manufacturing of light structural parts from the proposed components.

PL

W pracy podjęto próbę oceny możliwości stosowania procesu infiltracji gazowej do wytwarzania kompozytów na osnowie wybranych stopów aluminium, umocnionych włóknami węglowymi pokrytymi warstwą ochronną niklu a także określenia wybranych właściwości otrzymanych w ten sposób materiałów. Wykonano kompozyty umocnione jednokierunkowo, określono odpowiedni dla nich udział objętościowy włókien i wyznaczono właściwe parametry ich formowania. W oparciu o otrzymane wyniki oraz stosując te same komponenty przeprowadzono proces infiltracji kompozytów umocnionych trójkierunkowo. Do tego celu zaprojektowano i przygotowano preformy z wykorzystaniem metod wyplatania oraz łączenia. Parametry procesu GPI zweryfikowano dla tak przyjętego układu włókien. Określono rozszerzalność termiczną stopów osnowy oraz kompozytów otrzymanych przy zastosowaniu najkorzystniejszych parametrów, ocenie poddano wpływ ułożenia włókien oraz składu chemicznego osnowy na otrzymane wyniki. Dla wybranego stopu i otrzymanego na jego osnowie kompozytu umocnionego jednokierunkowo wykonano porównawcze badania odporności na zużycie ścierne, które prowadzono przy różnej prędkości realizacji testów. W celu oszacowania zmian zachodzących w osnowie podczas infiltracji wykonano na przykładzie tworzyw umocnionych jednokierunkowo analizę składu chemicznego kompozytów. Ocenie poddano także poprawność rozlokowania włókien w osnowie kompozytów, prowadząc w tym celu obserwacje mikrostruktury oraz badania nieniszczące z wykorzystaniem metody tomografii komputerowej. Otrzymane podczas badań wyniki stanowią informację na temat przydatności i ograniczeń w stosowaniu metody GPI do wytwarzania z zaproponowanych komponentów elementów lekkich konstrukcji.

9

Ocena aplikacji płyt z laminatów na bazie wyplatanych preform z włókien szklanych wytwarzanych metodą RTM

Kozioł M., Hufenbach W., Czulak A., Małdachowska A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 1 (151)

16--22

PL

Praca przedstawia wyniki prób zginania trójpunktowego laminatów kompozytowych, wytworzonych metodą RTM, na bazie preform z włókna szklanego uzyskanych poprzez złożenie rękawów wyplecionych na rdzeń. Przeprowadzono analizę zmian właściwości mechanicznych laminatów w miarę zmian kąta ułożenia pasm włókien względem osi rdzenia. Stwierdzono, że struktury wyplatane z włókna szklanego stanowią wartościowy materiał wzmacniający dla płyt z laminatów o osnowach polimerowych. Uzyskany poziom wytrzymałości oraz modułu przy zginaniu kwalifikują laminaty plecionkowe jako porównywalne z ekwiwalentnymi „klasycznymi” laminatami na bazie tkanin. Dodatkowo, laminaty na bazie plecionek cechuje większa odkształcalność, co wiąże się z możliwością łatwiejszego układania w formach - ma to znaczenie przy produkcji elementów zaokrąglonych i o skomplikowanym kształcie. Praca stanowi wstępny etap do dalszych badań nad stosowaniem techniki wyplatania w technologii laminatów.

EN

The paper presents the results of 3-point bending tests conducted on composite laminates, manufactured via RTM method, reinforced with the glass fibre preforms made by flattening of braided sleeves. The analysis of changes in mechanical properties with the changes in reinforcing strands angle was done. It was found that glass-fibre braided structures are valuable reinforcing material for PMC laminate panels. The achieved level of flexural strength and modulus qualifies the flattened-braided laminates as equivalent to „classic” laminates reinforced with woven structures. Moreover, the flattened-braided laminates show much higher deformability, which enables easier placement into the moulds - it is especially important by manufacturing of round-shaped or shape-complicated elements. The paper is a initial part for further investigations over application of braiding technique in the technology of PMC composite laminates.

10

Automated data analysis based on signal processing for two dimensional NDI data of the composite structures

Dragan K., Stefaniuk M., Czulak A., Bieniaś J., Dziendzikowski M., Leski A., Gude M., Hufenbach W.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 1 (151)

4--8

EN

The present paper describes a structural data analysis approach in which two dimensional NDI data coming from various sources is analyzed and processed by a computerized tool. Results of that processing are used to provide a quantitative measure of the state of the inspected specimen and of the extent and nature of damage. Authors mainly refer to the usage of such systems in the context of composite materials and impact damage in particular, examples are given. In the analytical system the main measurement data source considered is the ultrasonic inspection coming in the form C-scan images. These images are then processed and analyzed with the use of machine learning/statistical classification algorithms. These algorithms are reinforced with data coming from a damage fingerprint database, which stores training data in various formats. Authors describe the methods used for each step of the analysis, and review existing algorithms and methodologies which may be used to assist quantification process.

PL

Niniejsza praca opisuje podejście do analizy danych, w której dwuwymiarowe zobrazowania wyników badań nieniszczących są analizowane i przetwarzane przez narzędzie programowe. Wyniki owego przetwarzania użyte są do ilościowego określenia stanu badanego elementu, ale także określenia rozmiaru uszkodzenia i jego natury. Autorzy odnoszą się głównie do wykorzystywania takowych systemów w kontekście materiałów kompozytowych, a w szczególności uszkodzenia udarowego, co zilustrowano przykładami. W niniejszym systemie analitycznym głównym źródłem danych pomiarowych ma być pomiar ultradźwiękowy w formie zobrazowania C-Scan. Obrazy uzyskane w wyniku owego zobrazowania poddane zostają obróbce z wykorzystaniem metod uczenia maszynowego i elementów klasyfikacji statystycznej. Działania te opierają się na bazie danych znaczników uszkodzeń, która zasilona jest różnymi typami danych. Autorzy opisują różne algorytmy stosowane na każdym z etapów analizy, oraz dokonują przeglądu wykorzystywanych metod.

11

Manufacture of natural fiber-reinforced polyurethane composites using the long fiber injection process

Hufenbach W., Gude M., Geller S., Czulak A.

Polimery

|

2013

|

T. 58, nr 6

473-475

EN

This paper gives an overview of recent activities in the production of natural fiber- -reinforced polyurethane (PUR) composites. Extensive research is being conducted to develop marketable solutions for the production of bio-based plastics. In composite applications, natural fibers can be used as a substitute for synthetic fibers and help to make a significant contribution towards ecological and efficient lightweight components. In addition, an outlook on current developments in Long Fiber Injection (LFI) processing for the application of natural fiber-reinforced polyurethane composites, specifically in electric vehicles is given.

PL

Niniejszy artykuł zawiera informacje na temat aktualnych trendów związanych z produkcją kompozytów poliuretanowych (PUR) wzmocnionych włóknami naturalnymi. Zwrócono w nim uwagę na szeroko zakrojone badania nad opracowaniem rozwiązań w zakresie produkcji tworzyw polimerowych na bazie materiałów biologicznych, nadających się do wprowadzenia na rynek. Włókna naturalne mogą być stosowane jako substytut włókien syntetycznych pomagając w otrzymaniu lekkich materiałów i służąc jednocześnie ekologii. Omówiono także perspektywy rozwoju zastosowań procesu wtryskiwania z użyciem długich włókien (LFI z ang. long fiber injection) w szczególności do wytwarzania części do pojazdów elektrycznych.

12

Thermal analysis of 3D-CF/Al-MMC by means of DSC and dilatometry tests

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Malczyk P., Winkler A.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 2

96--101

EN

Increasing demands for energy efficient lightweight structures capable of working in complex termomechanical loading conditions require the selection of appropriate load adapted materials as well as the development of associated manufacture processes ready for series production. Metal matrix composites with their advantages such as high thermal stability, reinforcement structure designability and high specific material properties have become more popular among materials applied as reliable load bearing products. To adapt the manufacturing process for these composites, understanding of solidification processes, the type and formation of interface and thermal behaviour of the composite are indispensable. The aim of this work was to understand the thermal behaviour of aluminium based metal matrix composites reinforced with carbon fibres 3D textile manufactured via the high pressure die casting (HPDC) process. Within the residual stress analysis and the sensitivity analysis of fibre coatings, plane specimens made of Al 226D with a carbon fibre (HTS) reinforcement with a nickel phosphorus coating have been investigated. Differential scanning calorimetry (DSC) and dilatometry tests have been performed considering the anisotropy of textiles and the formation of a crystallisation front in the cast specimens.

PL

Wzrastający popyt na kompozyty na osnowie metalowej charakteryzujące się zdolnością do pracy w złożonych warunkach termomechanicznych wymaga dokładnej selekcji materiałów, jak również stworzenia dostosowanego procesu produkcji seryjnej. Kompozyty o osnowie metali lekkich posiadają szereg zalet, dzięki którym stają się coraz bardziej popularne wśród materiałów przeznaczanych na odpowiedzialne konstrukcje. Z tych zalet między innymi należy wyróżnić: wysoką stabilność temperaturową, elastyczność w projektowaniu struktury umocnienia oraz wysokie własności mechaniczne w odniesieniu do gęstości. W celu zoptymalizowania i adaptacji procesu produkcji kompozytów do warunków wielkoseryjnych niezbędne jest zrozumienie własności termicznych wytworzonego materiału. Celem tej pracy było wyznaczenie podstawowych własności termicznych kompozytu na osnowie stopu aluminium wzmacnianego włóknem węglowym w postaci trójwymiarowych tkanin, w procesie odlewania wysokociśnieniowego w kokilach. Włókno węglowe T800 infiltrowane było przez stop AlSi9Cu3(Fe) o numerze normy 226D. Z uwagi na bardzo dużą rozbieżność współczynników rozszerzalności cieplnej osnowy i wzmocnienia granica tych dwóch faz jest narażona na powstawanie naprężeń termicznych. Aby zniwelować powstałe naprężenia, niezbędne jest stosowanie pokrycia włókien węglowych przed procesem infiltracji. W pracy przeprowadzono badania skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC) oraz dylatometrii. Wykonano próby na próbkach nieumocnionych, umocnionych włóknami węglowymi oraz umocnionych włóknami węglowymi uprzednio pokrytymi powłoką niklowo-fosforową (NiP). Praca ta ukazuje, iż pokrywanie włókien węglowych powłoką na bazie niklu znacznie zmniejsza podatność produktu na mikropęknięcia, jak również ilość naprężeń termicznych powstałych w procesie produkcji odlewniczymi metodami wielkoseryjnymi.

13

Quasi-static and dynamic tensile properties of Ti-6Al-4V alloy

Wojtaszek M., Śleboda T., Czulak A., Weber G., Hufenbach W. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1261--1265

EN

Ti-6Al-4V alloy is widely used, mainly in aircraft industry, due to its low density, excellent corrosion/oxidation resistance and attractive mechanical properties. This alloy has relatively low formability, so forming parts of complex geometries out of this alloy requires precisely controlled thermomechanical processing parameters. In industrial conditions Ti-6Al-4V alloy is usually processed by forging or extrusion. Ti-6Al-4V alloy is applied for structural parts of aircrafts, which are often exposed to variable loads and high or cyclically changing strain rates. Moreover, Ti-6Al-4V alloy is often used for structural parts providing good ballistic performance. That is why the knowledge of the mechanical behaviour of this alloy under dynamic conditions is important. This work is aimed at the analysis of Ti-6Al-4V alloy behaviour under quasi-static and dynamic deformation conditions. Both dynamic and quasi-static tensile tests were performed in this research. Moreover, ARAMIS system, a non-contact and material independent measuring system providing accurate 2D displacements, surface strain values and strain rates, was applied. The influence of tensile test strain rate on chosen mechanical properties of the investigated alloy was also discussed. The investigations showed a significant influence of processing strain rate on the mechanical behaviour of Ti-6Al-4V alloy.

PL

Stop Ti-6A1-4V jest szeroko stosowany głównie w przemyśle lotniczym ze względu na niski ciężar właściwy, dużą odporność na korozję oraz wysokie własności mechaniczne. Ze względu na stosunkowo małą podatność do odkształceń plastycznych stopu Ti-6A1-4V. kształtowanie części o skomplikowanej geometrii z tego stopu wymaga bardzo dokładnego doboru warunków przeróbki cieplno-mechanicznej. W warunkach przemysłowych stop ten jest najczęściej kształtowany w procesach kucia lub wyciskania, które charakteryzują się różnymi zakresami prędkości odkształcania wsadu. Zastosowanie stopu Ti-6A1-4V obejmuje w dużej mierze wytwarzanie odpowiedzialnych elementów konstrukcji lotniczych, które są eksponowane na zmienne obciążenia w warunkach wysokich lub cyklicznie zmiennych prędkości, oraz które często muszą charakteryzować się doskonałymi parametrami balistycznymi. Dlatego istotna w przypadku przedmiotowego materiału jest znajomość charakterystyk jego zachowania w warunkach obciążeń dynamicznych. Zauważyć można, że w odróżnieniu od danych otrzymanych w statycznych warunkach, ilość publikowanych informacji na ten temat jest niewielka. W pracy przeprowadzono próby jednoosiowego roz- ciągania próbek ze stopu Ti-6A1-4V, które prowadzono przy dużych prędkościach odkształcenia oraz, celem porównania, w warunkach quasi-statycznych. Do analizy wykorzystano system do bezkontaktowych trójwymiarowych pomiarów odkształceń ARAMIS. Badano wpływ prędkości odkształcenia na wybrane własności mechaniczne stopu, obserwacji i analizie poddano także powstałe podczas realizacji próby rozciągania powierzchnie zniszczenia.

14

Inspection methods for quality control of fibre metal laminates (FML) in aerospace components

Dragan K., Bieniaś J., Leski A., Czulak A., Hufenbach W.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 4

272-278

EN

The advantages of FML structures (e.g. GLARE or CARAL) come from the improvement in durability of such structures, however, in such structures failure modes may also occur. Failure modes which may occur in such structures are similar to those in epoxy composites but some of them are associated with fracture mechanics similar to e.g. aluminium alloys. The quality control of materials and structures in aircraft is an important issue, also for FML laminates. For FML parts, a 100% non-destructive inspection for internal quality during the manufacturing process is required. In the case of FML composites, the most significant defects that should be detected by non-destructive testing are porosity, delaminations and cracks. In this paper, the use of non-destructive different methods for the inspection of Fibre Metal Laminates was presented. The novelty in the approach will include the use of multimode and highly specialized inspection methods such as: ultrasonics, thermography, air-coupled ultrasonics, and X-ray tomography.

PL

Zalety stosowania struktur FML (np. GLARE, CARALL) wynikają ze zwiększonych własności wytrzymałościowych takich struktur, jednakże w takich strukturach mogą również wystąpić uszkodzenia. Uszkodzenia, jakie mogą wystąpić w takich strukturach, są zbliżone do tych, które występują w kompozytach epoksydowych, jednakże niektóre z nich są związane z mechaniką pękania zbliżoną do analogicznej problematyki w stopach aluminium. W przypadku konstrukcji lotniczych kontrola jakości jest istotna również dla materiałów FML. Dla takich materiałów wymagane jest badanie całości struktur w szczególności podczas wytwarzania. W przypadku kompozytów FML uszkodzenia, jakie powinny być wykryte dzięki badaniom nieniszczącym, to porowatość i rozwarstwienia oraz pęknięcia. W artykule przedstawiono podejście do badań takich materiałów wykonanych z FML z wykorzystaniem badań metodami nieniszczącymi. Nowość w podejściu do badań to wyniki badań otrzymane różnymi metodami, w tym wysoko specjalistycznymi i takimi jak: ultradźwięki, termografia ultradźwięki propagujące w powietrzu i tomografia komputerowa.

15

Computer tomography-aided non-destructive and destructive testing in composite engineering

Hufenbach W., Gude M., Ulrich H. J. H. J., Czulak A., Danczak M., Bohm R., Zscheyge M., Geske V.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 4

279-284

EN

The inner material structure as well as voids and damages in composite materials have a significant influence on mechanical material behaviour. Thus, for a reliable application of composites in safety relevant lightweight structures, knowledge of the inner material structure is of utmost significance. Computer tomography is an especially important part of nondestructive testing (NDT) both in research and industrial applications for non-transparent composites. Besides that, a novel in situ CT which enables the preparation of tomograms of specimens under loading conditions offers a better understanding of damage processes in composites. The paper gives examples for the advanced analysis of fibre-reinforced composites and their degradation behaviour using novel CT systems. The advantages of high resolution CT scans as well as corresponding FEM results are shown and an overview of the numerous application possibilities is given.

PL

Zarówno struktura wewnętrzna materiału, jak również nieciągłości i uszkodzenia w materiałach kompozytowych mają znaczący wpływ na właściwości mechaniczne materiału. Dlatego w celu bezpiecznego zastosowania kompozytów jako struktur lekkich znajomość wewnętrznej struktury materiału ma ogromne znaczenie. Szczególnie tomografia komputerowa jest ważną częścią badań nieniszczących (NDT), zarówno w przemyśle, jak również w wykorzystaniu kompozytów nieprzeźroczystych. Poza tym nowoczesna technologia badania in situ CT, która umożliwia wykonanie tomogramów badanych obiektów w warunkach obciążenia, pozwala na lepsze zrozumienie procesów powstawania uszkodzeń w kompozytach. W artykule przedstawiono przykłady zaawansowanej analizy struktury kompozytów włóknistych z wykorzystaniem nowych systemów CT pozwalających na zaobserwownie procesów ich niszczenia oraz zaprezentowano zalety wysokorozdzielczej tomografii komputerowej wraz z wynikami MES oraz przykładami jej praktycznego zastosowania.

16

Manufacture studies and impact behaviour of light metal matrix composites reinforced by steel wires

Hufenbach W., Ullrich H., Gude M., Czulak A., Malczyk P., Geske V.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 3

265--272

EN

Magnesium alloys play an important role in the development of light metal matrix composites. Magnesium based metal matrix composites reinforced by particles and fibres (especially carbon fibres) are successfully applied in various fields of automotive and aircraft industry. Equally high potential in large-batch production regarding to relatively low price and high strength is expected from MMC with wires made of iron-based alloys. However, their application is hampered by the absence of intermetallic phase between iron and magnesium and low solubility of iron in magnesium. This paper makes a contribution to the investigation of the effect of steel wires surface preparation and of optimised production methods to improve the quality and type of adhesion with selected industrial magnesium alloys. The Fe/Mg-MMC specimens with steel wires reinforcement were manufactured by the help of advanced gas pressure infiltration method (GPI) in a graphite mould at Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK) of TU Dresden. For the examination of the obtained composites the computer tomography (CT), SEM microscopy with EDX, strength tests and fracture surface inspection has been used.

17

Manufacturing and pressure tests of braided vessels with integrated optical fiber sensors

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Gąsior P., Kretschmann M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

454-459

EN

The novel braiding technology of glass fiber reinforcement structures has high potential to fabricate near-net-shaped fiber preforms of complex shaped composite vessels and to allow an accelerated manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. In this paper, the methodology of prototyping high-pressure composite vessels, manufactured with this novel technique, according to this construction type is shown. High pressure composite vessels have broad applications in many areas such as: automotive industry, aeronautics, rescue services, etc. In comparison to standard steel vessels, composite vessels have many advantages. High mechanical strength and strong weight reduction make composite vessels popular in novel technologies. An interesting example is a lightweight, high pressure vessel destined to store compressed fuels like methane or hydrogen. These gases are necessary to supply the fuel cell (mainly H2) or to direct burning of the gases in cars, special mobiles, and different equipment (ex. Stationary power generator etc.). However, the novel high-pressure composite vessel needs a very efficient manufacturing process and precise monitoring system. For suitable monitoring system, optical fiber sensors were used to register deformation areas, enabling their on-line or periodical technical monitoring. During the braiding process, between the last reinforcement layers, two types of optical fiber sensors were installed. Point sensors in the form of Fiber Bragg Gratings were used. FBGs are novel optical sensors recorded within the core of the standard optical fiber. Additional optical fiber sensors in form of FBGs for reference measurement were installed on the outer surface of the pressure vessel.

PL

Nowoczesne technologie wytwarzania konstrukcji zbrojonych wyplatanym włóknem szklanym mają duży potencjał w wytwarzaniu zbiorników kompozytowych o wysokiej dokładności wymiarowo-kształtowej, pozwalając na przyspieszenie procesu produkcyjnego, wraz z zapewnieniem powtarzalność oraz dobrej jakości próbek. W niniejszym opracowaniu pokazano metodologie produkcji prototypów wysokociśnieniowych zbiorników kompozytowych, wytwarzanych techniką dopasowaną do tego typu konstrukcji. Wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach jak: przemysł motoryzacyjny, lotniczy czy w służbach ratowniczych itp. W porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, zbiorniki kompozytowe posiadają wiele zalet. Wysoka wytrzymałość mechaniczna oraz niewielka masa sprawiają, że w produkcji kompozytowych zbiorników stosuje się coraz częściej nowoczesne technologie. Interesującym przykładem są lekkie wysokociśnieniowe zbiorniki przeznaczone do przechowywania sprężonych paliw, takie jak metan lub wodór. Gazy te są niezbędne do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub do bezpośredniego spalania w samochodach, pojazdach specjalnych oraz innych urządzeniach (np. w stacjonarnych agregatach prądotwórczych itp.). Ale te nowoczesne wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe potrzebują wydajnego procesu produkcyjnego, jak również precyzyjnego systemu monitorowania. Z tego względu, w pracy wykorzystano czujniki optyczne do rejestracji obszarów odkształceń, pozwalające na ciągły lub okresowy monitoring. Podczas procesu wyplatania, dwa rodzaje siatek Bragga (FGB) zostały zintegrowane ze strukturą, pomiędzy przedostatnią, a ostatnią warstwą zbrojenia. W celu uzyskania wartości referencyjnych, dodatkowe optyczne czujniki zostały również zainstalowane na zewnętrznej powierzchni zbiornika ciśnieniowego.

18

Manufacturing and pressure test using infrared camera of carbon fibre reinforced braided composite vessels

Hufenbach W., Gude M., Blazejewski W., Czulak A., Borkowski A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

448-453

EN

Due to high specific mechanical properties, high design freedom combined with economic and reproducible manufacture processes, braided composites based on glass fibre reinforced hardening matrix systems exhibit a high application potential for high-pressure composite vessels. High-pressure composite vessels find broad application in many areas such as: automotive industry, aeronautics, rescue services, etc. In comparison to standard steel vessels, composite vessels have many advantages. High mechanical strength and high weight reduction make composite vessels popular in novel technologies. An interesting example is a lightweight, high-pressure vessel destined to store compressed fuels like methane or hydrogen. These gases are necessary either to supply the fuel cell (mainly H2) or for a direct combustion in cars, special mobile devices and different equipment (e.g. stationary power generator etc.). But the modern high-pressure composite vessel needs a research to recognize the emergence of damage leading to the destruction of its structure. The novel braiding technology of glass fibre reinforced structures has high potential to fabricate near-net-shaped fibre preforms of complex shaped composite vessels and allows to accelerate the manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. This publication contributes to the development of pressure test methods of braided high pressure composite vessels, describing the method of recognizing the change of temperature in the places where the structure damage occurs.

PL

Ze względu na dobre własności mechaniczne, dużą swobodę konstruowania oraz w połączeniu z ekonomicznymi i powtarzalnymi procesami produkcji, kompozyty wyplatane na bazie włókien szklanych z osnową chemoutwardzalną charakteryzują się wysokim potencjałem szczególnie w przypadku wytwarzania ciśnieniowych zbiorników kompozytowych. Obecnie wysoko ciśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, jak: przemysł motoryzacyjny, lotniczy, ratunkowy itd. W porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, kompozytowe posiadają wiele zalet. Wysoka wytrzymałość mechaniczna i duża redukcja masy zbiorników kompozytowych powoduje, że stają się one popularne dzięki wykorzystaniu nowych technologii. Interesującym przykładem są lekkie, wysokociśnieniowe zbiorniki przeznaczone do przechowywania paliw sprężonych, takich jak metan lub wodór. Gazy te są niezbędne do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub do bezpośredniego spalania w samochodach, i innych urządzeniach mobilnych i specjalistycznych (np. stacjonarny agregat prądotwórczy itd.). W celu zrozumienia zachowania się tych materiałów wyplatanych niezbędne jest przeprowadzenie badań pozwalające na rozpoznanie uszkodzeń prowadzących do zniszczenia struktury zbiorników kompozytowych, pracujących w dużym zakresie ciśnienia gazu. Niniejsza publikacja przedstawia rozwój metod badawczych z wykorzystaniem kamery termowizyjnej pozwalających rozpoznać zmiany temperatury w miejscu uszkodzenia struktury wysokociśnieniowych zbiorników wyplatanych.

19

Simulation of infiltration process of carbon fibres by aluminium alloy in modified GPI method

Hufenbach W. A., Gude M., Czulak A., Bodniewicz D.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 4

324-330

EN

The constantly rising demands for lightweight structures, particularly in traffic engineering as well as in machine building and plant engineering, increasingly require the use of continuous fibre-reinforced composite materials. These materials, due to their selectively adaptable characteristic profiles, are clearly superior to conventional monolithic materials. Especially composites with textile reinforcement offer the highest flexibility for the adaptation of the reinforcing structure with regard to complex loading conditions. This paper presents the procedure and evaluation of a gas pressure infiltration process (GPI) for the manufacture of carbon fibre-reinforced aluminium metal matrix composites (CF/Al-MMC). Furthermore, the development of a new furnace for a modified GPI method is presented. In order to verify the new design, numerical simulations of the heating in the furnace chambers were prepared, which finally formed the basis for the improvement of the furnace as well as the GPI process.

PL

Stale rosnące zapotrzebowanie na lekkie konstrukcje, szczególnie w zakresie inżynierii ruchu, a także w budowie maszyn i urządzeń oraz w przemyśle energetycznym, w coraz większym stopniu wymaga stosowania materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem ciągłym. Materiały te, dzięki możliwości selektywnego dopasowania charakterystyk materiałowych, wydają się być lepsze od zwykłych materiałów monolitycznych. Kompozyty wzmacniane materiałami z włókien oferują obecnie najlepszą elastyczność dostosowania struktury wzmocnienia do założonych warunków obciążenia. W niniejszym artykule przedstawiono przebieg oraz ocenę procesu infiltracji gazowej (GPI - ang. Gas Pressure Infiltration), zastosowanego do wytwarzania kompozytów aluminiowych z włóknami węglowymi (CF/Al-MMC). Ponadto zaprezentowano model autorskiego pieca do produkcji zmodyfikowaną metodą GPI. W celu weryfikacji nowej konstrukcji sporządzono numeryczne symulacje nagrzewania w poszczególnych komorach pieca, które w rezultacie pozwoliły na modyfikację pieca oraz procesu.

20

Proces projektowo - konstrukcyjny budowy wirujących dysków

Chlebus E., Górski P., Krot K., Hufenbach W., Czulak A.

Mechanik

|

2010

|

R. 83, nr 1

68-68

PL

Przedstawiono proces projektowo-konstrukcyjny dysków wirujących z dużymi prędkościami. Do analiz wykorzystano, opisane w literaturze, modele obliczeniowe tarczy o równej wytrzymałości oraz tarczy z otworem, o ustalonej grubości. Kolejny etap obejmował wykonanie modeli geometrycznych dysków. Zaprezentowano kilka wariantowych rozwiązań geometrii dysków. Na podstawie wykonanych analiz podjęto decyzję o budowie dwóch dysków: z kanałami radialnymi prostymi i zakrzywionymi.

EN

Presents the design and construction process of high speed rotating discs. For the analysis the authors used, described in literature, computational models of a uniform-strength disc and a disc of a constant thickness with a nole. Then geometrical models of discs have been designed. The authors showed a few different versions of disc geometry. Basing on carried out analysis the authors decided to build two kinds of discs: the disc with straight internal holes and the disc with bent internal holes.