Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The influence of the configuration of the fiber-metal laminates on the dispersion relations of the elastic wave modes

Barski Marek, Muc Aleksander, Stawiarski Adam

Vibrations in Physical Systems

|

2020

|

Vol. 31, nr 2

art. no. 2020202

EN

The current work is devoted to the determination of dispersion curves for elastic wave modes. The studied elastic waves propagate across metal-fiber hybrid composites. In order to solve the problem, special software has been developed with the use of C++. This software works with the MS Windows operating system and the proposed solution is based on the multi-threading mechanism. It makes possible to significantly speed up the calculations. The relatively new approach is used namely the stiffness matrix method. At the very beginning, the dispersion curves are determined for the traditional composite materials of cross-ply configuration, for which the layers are made of glass fiber/epoxy resin and carbon fiber/epoxy resin. The impact of the total number of layers on the dispersion curves is investigated. Next, the influence of the thickness of the layers, which are made of aluminum alloy, on the dispersion characteristic is studied. In the second case, it is assumed that the total thickness of the composite material wall for all cases is identical.

2

Assessment methods of mechanical properties of composite materials

Kamocka M., Mania R. J.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. 21, nr 4

1005--1018

EN

The paper deals with a specific kind of imperfection in multilayered composite structures as thickness deviation. During manufacturing process the layers are laminated together with resin. Lack of accuracy or some errors during autoclaving process could contribute to thickness deviation when thin layer of resin remains between plies. This is particularly important in the case of hybrid laminates as Fibre Metal Laminates (FML). Therefore, the aim of this work is to determine the impact of thickness imperfection on the variation of effective mechanical properties of FML thin-walled panels. Two methods have been considered in the study: assumption of additional resin/matrix layer in a stacking sequence and a correction of fibre volume fraction in composite layers. A full 3-2 FML lay-up has been analyzed using Classical Lamination Plate Theory with connection to two micromechanical approaches: analytical (Rule of Mixture) and numerical (Finite Element Method). Results of calculations were verified by conducted experimental tests.

3

Static Buckling of FML Columns in Elastic-Plastic Range

Kołakowski Z., Kowal-Michalska K., Mania R.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 20, nr 2

151--166

EN

The paper deals with the elasto{plastic buckling of thin-walled Fiber Metal Laminates short columns/pro les subjected to axial uniform compression. Structures of open and hollow (closed) cross-sections are considered build of at plate walls. Multilayered FML walls are considered as built of alternating layers of aluminum and fiber-glass composite. Three elastic{plastic theories are employed for constitutive relations description of aluminum layers i.e. fully elastic material behavior, the J2-deformation theory of plasticity and the J2-flow theory later both with Ramberg-Osgood formula application, whereas composite layers are assumed elastic within whole loading range. Some exemplary results determined with the application of own analytical-numerical method based on the Koiter's theory, in the Byskov and Hutchinson formulation are enclosed in the form of tables and plots.

4

Numerical Simulation of Low Velocity Impact Analysis of Fiber Metal Laminates

Balkumar K., Iyer A. V., Ramasubramanian A., Devarajan K., Marimuthu P. K.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 20, nr 4

515--530

EN

A Fiber Metal Laminate (FML) consists of a laminate of several thin metal layers bonded with fiber–reinforced layers of composite materials. In this paper, the response of a fiber metal laminate is analysed on the basis of the residual velocity of the impactor. With the help of Design of Experiments (DOE) the data sets are generated and the residual velocity of the impactor was obtained by using Finite Element Analysis (FEA) software ABAQUS/Explicit. The FEA results are compared with experimental results available in the literature. Analysis of Variance (ANOVA) is used to understand the influence of process parameters on the response of FMLs. Results show that impactor geometry and thickness of the FML plate were the significant process parameters related to the response of low velocity impact analysis of FML and fiber configurations were found to be insignificant with regard to low velocity impact analysis performance. Finally the results show that aluminium based Aramid fibers (ARALL) and aluminium based glass fibers (GLARE) have higher impact strength when compared to other kinds of FMLs such as aluminium based carbon fibers (CARALL). Stress distribution in glass epoxy based FMLs are also studied.

5

Homogenization of fiber metal laminate structures characterized by orthotropic and elastic - plastic material models

Nowak T.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.1

169--175

EN

This paper gives a theoretical background and provides numerical calculations for the non-linear mechanical behavior of the panel structures consisting of fiber reinforced composite and aluminum laminates. Such structures offer high performance-to-weight ratio, therefore they are widely used in aerospace, subsea and high-pressure applications. The Classical Lamination Theory with orthotropic material properties is recalled and extended about elastic-plastic model for metal layers. The simplified stress-strain relation, as proposed by Hencky and Ilyushin, was applied to capture the influence of metal's plasticity on the mechanical performance of the hybrid structure. The numerical example showed, that at higher loads, the composite reinforcement provides a strong support for the aluminum layers when the metal approaches plastic deformation. In case of plastic flow within the aluminum, the bigger percentage of the external load is safely transferred to the composite fibers having much higher elastic limit. It prevents deformations of the aluminum laminate from being too large, and ensures the reliable operation of the Fiber Metal Laminates (FML) structure. Since the aluminum layers do not exhibit extensive strains, the application of Hencky-Ilyushin deformation theory seems to be reasonable for FMLs, even if aluminum layers are subjected to the anisotropic plastic flow. The proposed calculation method allows for very fast, but yet accurate, optimization of the Fiber Metal Laminate designs.

PL

W artykule przedstawiono podstawy teoretyczne, zilustrowane przykładem numerycznym, opisujące model laminatu metalowo-włóknistego składającego się z kompozytu polimerowego wzmacnianego włóknami węglowymi oraz warstw aluminium. Przedstawione struktury hybrydowe (Fiber Metal Laminate, FML) charakteryzują się wysokimi własnościami mechanicznymi w stosunki do ciężaru, dlatego są chętnie używane w przemyśle lotniczymi oraz stosowane w aplikacjach wysokociśnieniowych. W artykule klasyczną teorię laminatów (Classical Lamination Theory) uzupełniono o model sprężysto-plastyczny dla warstw metalowych. Zastosowano uproszczony model plastyczności zaproponowany przez Hencky'ego i Iljuszyna. Podano rozwiązanie numeryczne dla przypadku panelu FML poddanego płaskiemu obciążeniu dwuosiowemu. Wykazano, że w przypadku znacznego wytężenia, gdy dochodzi do uplastycznienia aluminium, znaczna część obciążeń zewnętrznych przekazywana jest do warstw kompozytu włóknistego, który charakteryzuje się znacząco wyższą granicą sprężystości. Takie zachowanie zabezpiecza warstwy aluminium przed nadmiernym płynięciem i umożliwia bezpieczną eksploatację struktury hybrydowej, nawet w przypadku wysokich obciążeń. Wykazano, że przyjęta metoda obliczeniowa charakteryzuje się wystarczającą dokładnością, a dzięki swojej szybkości umożliwia przemysłową optymalizację hybrydowych struktur FML.

6

The mechanical properties and failure analysis of selected Fiber Metal Laminates

Bieniaś J., Majerski K., Surowska B., Jakubczak P.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 3

220--224

EN

Composite materials have developed in recent years. Fiber reinforced polymer composites (laminates) and aluminum alloys currently constitute the most dominant materials applied in the aerospace industry. The paper presents the tensile properties of selected fiber metal laminates regarding the content of structural components. Additionally, the failure characteristics of the tested specimens were determined. The hybrid systems (Fiber Metal Laminates) in this study were based on the 2024-T3 aluminum alloy and glass and carbon fibers reinforced polymers. The tensile properties were determined according to ASTM D 3039. The strain gauge Vishay CEA-06-125UT-350 was employed to measure the strain. The results have shown that the tensile properties of both tested types of laminates depend on the metal volume fraction factor. The investigated specimens showed a bilinear character in the stress-strain curves. The findings imply that the tensile properties of fiber metal laminates depend on the type of composite reinforcement, metal volume contribution and fibers orientation. It can be noted that with a decrease in the metal volume fraction and a layer orientation change from 0 by 0/90 up to 45 results in a decrease in the Young's modulus of the tested laminates. Several fracture modes were identified depending on the lay-up configuration and type of reinforcing fibers. Use of the metal volume fraction approach in predicting the mechanical properties is appropriate for both carbon and glass fiber reinforced fiber metal laminates.

PL

Kompozyty polimerowe wzmacniane włóknami są od kilku dekad stosowane z powodzeniem jako materiały konstrukcyjne w przemyśle lotniczym. Nową generację materiałów o dużym potencjale rozwoju stanowią laminaty metalowo-włókniste. Laminaty tego typu poprzez swoją hybrydową konstrukcję łączą korzystne właściwości polimerowych laminatów kompozytowych wzmacnianych włóknami oraz lekkich stopów aluminium tradycyjnie stosowanych w przemyśle lotniczym. W pracy przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na rozciąganie laminatów metalowo-włóknistych zawierających warstwy kompozytowe wzmacniane włóknami węglowymi oraz szklanymi w układzie jednokierunkowym. Badane były laminaty z różną orientacją warstw kompozytowych. Testy wytrzymałościowe przeprowadzono zgodnie z normą ASTM D 3039 na prostopadłościennych próbkach o długości 180 mm i szerokości 15 mm dla włókien ułożonych w kierunku (0) i 20 mm dla włókien ułożonych w kierunku (0/90 i ±45) w warstwie kompozytowej laminatu. Dla badanych materiałów uzyskano bilinearne charakterystyki naprężeniowo odkształceniowe oraz silną zależność pomiędzy kierunkiem ułożenia włókien w warstwie kompozytowej a wartością wytrzymałości na rozciąganie oraz sztywności. Wykazano liniową zależność pomiędzy objętościową zawartością metalu a wytrzymałością na rozciąganie i sztywnością dla laminatów wzmacnianych zarówno włóknami szklanymi, jak i węglowymi. Dodatkowo dokonano analizy zniszczenia badanych próbek w mezoskali z użyciem mikroskopu optycznego (Nikon SMZ1500). Zaobserwowano istotne różnice w charakterach zniszczenia warstw kompozytowych wzmacnianych włóknami węglowymi oraz szklanymi, co jednak nie wpływa znacząco na opisane powyżej zależności i przewidywanie właściwości mechanicznych.

7

Structure characteristics in glass/aluminium hybrid laminates after bending strength test

Ostapiuk M., Surowska B., Bieniaś J., Majerski K.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 4

237--240

EN

During the last few years, many scientists and industries have become interested in developing new materials which would maintain good mechanical properties and low density comparable with aluminum alloys. This can be observed predominantly in the aircraft or aerospace industry. Fiber metal laminates (FML) are a new kind of composite, particularly the Glare® type laminate, which consists of aluminum and a glass/epoxy composite. FML combine both the good characteristics of metal such as ductility and durability with the benefits of fiber composite materials such as high specific strength, high specific stiffness, good corrosion resistance and fatigue resistance. In this paper, an FML consisting of aluminum and glass fiber/epoxy layers has been introduced. The FML were produced by the autoclave technique. The aluminum sheets were special prepared with chromic acid and sulphuric acid aluminum anodizing. Two combinations of fiber configuration were selected: Al/[0]/Al and Al[0/90]/Al. The structure characterization after bending tests is shown and discussed. Microstructural analysis has been carried out using an optical microscope. The three point.bending tests were conducted according to standard specifications. Preliminary studies have shown that the metal layers in the laminates and the composite polymer layer, particularly in the bend area in the laminate, have a significant impact on the nature of the damage. Laminate destruction indicates the complexity of the degradation process of these materials. The orientation of the reinforcing fibers has an influence on the degree of destruction of the laminate structure which may have a decisive effect on the ability of forming laminates. An important factor influencing the properties of the laminate as a whole is to provide high adhesive properties of the composite-metal connections.

PL

W ciągu ostatnich kilkunastu lat zarówno wielu naukowców, jak i branże przemysłu zainteresowały się opracowaniem nowych materiałów, które posiadałyby dobre właściwości mechaniczne i małą gęstość, porównywalne ze stopami aluminium. W szczególności można zaobserwować to w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Laminaty metalowo-włókniste ze względu na swoje wysokie właściwości mechaniczne znalazły zastosowanie właśnie w przemyśle lotniczym; dotyczy to zwłaszcza laminatów typu Glare®. Posiadają one, tak jak metale, zespół dobrych charakterystyk, takich jak plastyczność i trwałość. Korzyści płynące z włókien kompozytowych to między innymi wysoka wytrzymałość, wysoka sztywność, odporność na korozję i odporność na zmęczenie mechaniczne. W artykule przedstawiona została charakterystyka laminatów metalowo-włóknistych na bazie aluminium i włókien szklanych po badaniach wytrzymałości na zginanie. Laminaty zostały wytworzone metodą autoklawową. Zastosowano dwa typy anodowania aluminium w kwasie chromowym i w kwasie siarkowym. Wybrano dwie kombinacje ułożenia włókien: Al/[0]/Al i Al[0/90]/Al. Przedstawiono charakterystykę struktury po badaniach wytrzymałości na zginanie za pomocą mikroskopii optycznej. Testy wytrzymałości na zginanie przeprowadzono zgodnie z normą. Wstępne próby wykazały, że istotny wpływ na charakter zniszczenia mają warstwy metalowe w laminatach i warstwy kompozytu polimerowego zwłaszcza w miejscu zgięcia laminatu. Zniszczenie laminatów wskazuje na złożoność procesu degradacji tych materiałów. Orientacja włókien wzmacniających ma wpływ na wielkość zniszczenia struktury laminatu, które może mieć decydujący wpływ na zdolność do formowania laminatów. Ważnym czynnikiem wpływającym na właściwości laminatów jako całości jest zapewnienie wysokiej wytrzymałości adhezyjnych połączeń metalowo-kompozytowych.

8

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.

9

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

Dragan K., Bieniaś J., Sałaciński M., Synaszko P.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 2

130-135

EN

Composite materials have been applied in aerospace structures in recent years. Presently, the new generation of structural composite materials for advanced aircraft are Fibre Metal Laminates (FML). They are hybrid composites consisting of alternating thin layers of metal sheets and fiber-reinforced composite material. FMLs have both low density and good mechanical properties (high damage tolerance: fatigue and impact characteristics, corrosion and fire resistance). The quality control of the materials and structures in aircraft is an important issue, also for FMLs. For FML parts, a 100% nondestructive inspection for the internal quality during the manufacturing process is required. In the case of FML composites, the most relevant defects that should be detected by non-destructive testing are porosity and delaminations. In this paper, the use of non-destructive different methods for the inspection of Fibre Metal Laminates were studied. The possibility of quality control of manufactured FML by means of defect detection procedures and processes are presented and discussed.

PL

Materiały kompozytowe, w szczególności w konstrukcjach lotniczych, odgrywają coraz większą rolę z uwagi na większe wartości wytrzymałości właściwej niż stopy aluminium, możliwość formowania dowolnych kształtów oraz odporność na przepalenia i korozję. Szczególnym typem konstrukcji kompozytowej o charakterze hybrydowym są tzw. włókniste laminaty metalowe (ang. Fibre Metal Laminates - FML). Wykonuje się je na bazie włókien szklanych, aramidowych z warstwami wytworzonymi z aluminium (np. GLARE - Glass ALuminum REinforced) lub tytanu. Laminaty FML są już stosowane m.in. w konstrukcji płatowca samolotu Airbus A-380. Pomimo szeregu zalet takich materiałów w trakcie wytwarzania lub eksploatacji mogą powstać wady produkcyjne lub uszkodzenia eksploatacyjne wpływające na trwałość konstrukcji, w której zostaną zastosowane. W artykule przedstawiono podejście do badań takich materiałów wykonanych z FML z wykorzystaniem badań nieniszczących metodami: ultradźwiękową i prądów wirowych. Ponadto pokazano wyniki badań z omówieniem konieczności wykonywania badań i zaletami/wadami poszczególnych metod.