Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Bolshikh Aleksandr

Transport Problems

|

2021

|

T. 16, z. 1

75--86

EN

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

2

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

Bobrowska M., Barcikowski M., Rybczyński R.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2017

|

Nr 1 (246)

7--14

EN

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

PL

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

3

Ocena uszkodzeń udarowych rur kompozytowych wykonanych metodą nawijania i zaprojektowanych według metody tablicowej

Bobrowska M., Barcikowski M.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 3 (244)

26--40

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań uszkodzeń będących następstwem udaru wysokiej prędkości w konstrukcjach kompozytowych wytworzonych metodą nawijania włókna na mokro. Przebadano pięć warstwowych rur kompozytowych, ktore zostaty zaprojektowane i wytworzone w taki sposób, aby była możliwa ocena wpływu struktury wzmocnienia - trzech, różnych wzorów mozaikowych - na rozmiar a także na charakter uszkodzeń powstałych w kompozycie na skutek udaru. Wzory mozaikowe dobrano z użyciem metody tablicowej, która pozwoliła uzyskać wiele wzorów mozaikowych różniących się wartością reszty skoku nawijania oraz liczbą przeplotów, będących miejscami koncentracji naprężeń i znacząco wpływających na wytrzymałość kompozytu. Udarność kompozytowych konstrukcji nawijanych badano w zakresie dużych prędkości 140-170 m/s. Trudno jednoznacznie określić, który z wzorów mozaikowych ma największą odporność udarową z zakresu wysokich prędkości.

EN

This work presents results of high velocity impact damage in composite filament-wound structures. The subject of research was five-layered composite pipes that have been designed and manufactured in such way as to be able to assess the effect of reinforcement structure - three different mosaic patterns-on the size and nature of impact damage in the composite. The selection of mosaic pattern was based on an array method. It allows to get a lot of mosaic patterns with different rest of the winding stroke and the number of interlaces, which are places of stress concentration and significantly affect the strength of the composite. Impact strength of the composite filament-wound structures was tested in the range of the high velocity impact of 140-170 m/s. It is difficult to define which mosaic pattern has the highest impact resistance in the field of high velocity impact.

4

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

Bobrowska M., Barcikowski M.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 4 (245)

7--15

EN

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

PL

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

5

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

Błażejewski W., Czapliński T., Ziętek G.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2014

|

[R.] 20, nr 6 (162)

482--488

PL

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

EN

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

6

Przemieszczenia nawiniętego wzmocnienia kompozytowego zbiornika ciśnieniowego

Kościuk J., Błażejewski W., Rybczyński R.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

470-474

PL

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

EN

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

7

A novel design and preliminary investigation of composite material marine current turbine

Wang J., Piechna J., Müller N.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. LVIII, nr 4

355-366

EN

A high performance and light-weight wound composite material wheel has been developed and is intended to be used for many purposes. One of these applications is marine current turbine (MCT). Traditionally, major problems influencing the design and operation of MCTs are fatigue, cavitation and corrosion due to the sea water. Considering these factors, implementation of composite materials, especially Kevlar fiber/epoxy matrix, in MCTs is explained in this paper. This novel design pattern of composite material marine current turbine (CMMCT) shows many advantages compared to conventional turbines. This paper investigated several factors which should be considered during this novel turbine design process such as the composite material selection, filament winding of composite wheel and turbine's structural and cavitation analysis. The power coefficient of CMMCT by using CFD is also obtained and the experimental facilities for testing CMMCT in a water towing tank are briefly described.

PL

Wysokiej wydajności wirnik wykonany z materiału będącego tkanym, lekkim kompozytem został opracowany i jest przeznaczony do stosowania do wielu celów. Jedną z tych aplikacji są turbiny wykorzystujące prądy morskie (MCT). Tradycyjnie, główne problemy wpływające na budowę i działanie MCT to problemy zmęczeniowe, związane z kawitacją i korozją w wodzie morskiej. Wyjaśniono w tym artykule dlaczego biorąc pod uwagę powyższe czynniki, wykonano rotor z materiałów kompozytowych, zwłaszcza włókna Kevlar w epoksydowej matrycy. Ten nowy sposób wykonania elementów turbin wykorzystujących prądy morskie z materiałów kompozytowych pokazuje wiele zalet w porównaniu do stosowanych w konwencjonalnych turbinach. W artykule przedstawiono badania kilku czynników, które należy rozważyć w procesie projektowania turbin, takich jak dobór materiałów kompozytowych, sposobu tkania włókien kompozytowych wirnika oraz analizy strukturalnej turbiny i zjawisk kawitacji. Przedstawiono wartość współczynnika mocy turbiny uzyskanego za pomocą CFD oraz przedstawiono krótko podstawowe informacje o stanowisku do badań doświadczalnych turbiny holowanej w basenie.

8

Zastosowanie metody tablicowej w projektowaniu oplotu kompozytowego butli wysokociśnieniowych

Błażejewski W.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 2

154-158

PL

Zaproponowano nową metodę, zwaną metodą tablicową, użyteczną w projektowaniu architektury ułożenia włókien w materiałach kompozytowych wzmacnianych włóknami, wytwarzanych metodą nawijania. Wykazano użyteczność tego sposobu do projektowania oplotu kompozytowego wysokociśnieniowych butli ciśnieniowych. Otrzymano 40 szt. Wysokociśnieniowych butli z 8 rodzajami struktury oplotu. Podano dla każdej struktury oplotu właściwości zbiorników, takie jak: grubość warstwy oplotu, zawartość przeplotów oraz odkształcenia zmierzone w obszarach bez przeplotów oraz w obszarach ich uporządkowania ("linie" przeplotów). Prezentowane wyniki badań potwierdzają informacje literaturowe o negatywnym wpływie obecności przeplotów i powiązanych z nimi pustek na właściwości kompozytów wykonanych metodą nawijania. Z badanych oplotów optymalny okazał się oplot o strukturze Nr1, charakteryzujący się najmniejszą liczbą przeplotów i ich największym uporządkowaniem. Wykonane badania sugerują, że przy doborze architektury oplotu kompozytowego (wykonanego metodą nawijania) do pracy pod ciśnieniem wewnętrznym należy przyjąć, między innymi, następujące kryteria: minimalizowanie liczby przeplotów i maksymalizowanie obszarów ich uporządkowania.

EN

High strength/weight ratio is one of the most important advantage of GFR applications. It is also true for the case of high pressure composite vessels used for storage of compressed gases like natural gas (CNG) and compressed hydrogen (CH2). The composite layers for composite high pressure vessels are commonly produced by winding of resin impregnated continuos fibre bundles on metallic or plastic cylinders (liner). Fibre bundle architecture in wound composite layers is closely connected with vessel mechanical properties. The winding manufacturing process introduce into wound composite materials some species like fibre crossovers and interweavings, fibre undulations and "rich" resin localisations. These are known to be localizations where usually damage initiation start. Thus fibre architecture designing is one of the most important step. The new fibre architecture design method (table method) has been here presented. This method allows easier designing of wound structure and consumes lees time and object number. Forty high pressure composite vessels with 8 possible fibre architectures (according to table method) have been made by winding of epoxy resin impregnated continuous glass fibre on 114 mm diameter metallic liners (10 l volume) at +/-55° winding angle. The strains (in the interweaving arrangement region - "interweaving lines" LP and in the free interweaving region at 27.5 MPa internal pressure), voids and total interweaving amounts in 8 wound structures have been given. It was found that the strains in the free interweaving region decrease with the increase in the total interweaving number, but the strains in the interweaving arrangement regions behave in opposite way. The strains in both regions become very close to each other for high amount of interweavings and small interweaving arrangement. It was also found that scatters for both measured strains increase from 5 to 20% for 131 and 580 total interweaving amounts, respectively. One may conclude that damage process in high pressure composite vessels at 27.5 MPa internal pressure is more far gone when the wound fibre architectures have high total interweaving amounts and interweaving arrangement regions are small. It also seems that designer of wound fibre architectures for internal pressure load applications should choice ones with minimum interweaving amount and high arrangement region.

9

Control of the pretension in filament winding process

Akkus N., Genc G., Girgin C.

Acta Mechanica et Automatica

|

2008

|

Vol. 2, no. 3

5-10

EN

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

10

Aspekty dotyczące opisu przenoszenia ciepła podczas impregnacji półproduktów włókienniczych

Frormann L., Reckzügel M.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2007

|

nr 1

66-74

PL

Tworzywa kompozytowe coraz częściej są stosowane jako materiały konstrukcyjne, ponieważ w wielu przypadkach jeden rodzaj materiału nie może spełnić wszystkich wymagań. W zakresie technologii tworzyw sztucznych powszechne stało się zwłaszcza wzmacnianie tworzyw sztucznych włóknami. Jednakże ta klasa materiałów nie została dotychczas zbadana w wystarczającym stopniu, przy czym brak wyczerpującego opisu dotyczy zwłaszcza przenoszenia ciepła w materiałach kompozytowych tego typu. Tematem niniejszego opracowania jest więc zagadnienie przenoszenia ciepła w tworzywach sztucznych wzmacnianych włóknem w zależności od użytego półproduktu włókienniczego (np. przędzy lub tkaniny). Do opisu zastosowano samodzielnie stworzone narzędzie obliczeniowe. Wyniki tych obliczeń zostaną porównane z wartościami doświadczalnymi.

EN

Composite materials are used as construction materials increasingly since a material alone can not meet frequently the demanded requests. At that established just in the field of the plastic processing the fibre reinforced plastics. This material class is not sufficiently examined up to now, at which the heat transfer of such composites is not sufficient in particular described yet. The heat transfer in fibre reinforced plastics will be described in dependence of the used textile semi finished product (for example textile thread or fabric) in which a self developed calculation tool is used. Definitively the calculated results are compared with experimental values.

11

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

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

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 3

133-140

EN

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

12

Analiza wytężenia kompozytowych elementów rurociągów

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

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 4

3-8

PL

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

EN

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

13

Typy niszczenia kompozytowych butli wysokociśnieniowych

Błażejewski W.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

1999

|

Z. 68, t. 1

37--44

PL

W pracy opisano badania butli ES (epoksydowo-szklanych) ciśnieniem niszczącym. Posłużono się metodą tablicową do: projektowania, analizy nawijania i doboru nawoju dla butli ciśnieniowych. Przygotowano trzy rodzaje butli, o różnej strukturze przeplotów, które były obciążane ciśnieniem wewnętrznym do zniszczenia W czasie obciążania prowadzono pomiar emisji akustycznej (EA) oraz odkształcenia płaszcza nośnego w wybranych punktach. Wyniki badań pozwalają stwierdzić, iż liczba i rozmieszczenie przeplotów mają wpływ na sposób niszczenia płaszcza nośnego butli kompozytowej.

EN

In this paper a GRP vessel (epoxy resin and glass fibre) have been tested until destroying pressure. The table method has been used of: design, winding analysis and choice the wound for a pressure vessel. Three kinds of pressure vessels with a different structure of the interleave have been prepared. Vessels have been loaded by internal pressure. The acoustic emission and strain have been measured in a few selection point. Pressure test proved that the number and distribution of interleaves has a effect upon pressure vessel strength.