Dimensioning the acceptable ply drop in flanges of composite spars using the linear fracture mechanics apparatus

• Autorzy: Czarnocki, P.

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie liniowej mechaniki pękania do wyznaczania dopuszczalnych odstopniowań w laminatowych pasach dźwigarów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The quest for airframe weight reduction results in a careful dimensioning cross section areas of structural airframe components depending on the anticipated loading. In the case of flanges of polymeric laminate spars subjected to tension such a dimensioning can be done by means of appropriate ply dropping along the spar flanges. A method for an effective calculation of the number of plies that can be cut off at the cross-section under consideration without excessive stress concentration resulted has been presented. The method takes advantage of the Linear Fracture Mechanics tools combined with simple finite element calculations. In addition, experimental data needed can be easily obtained with the use of inexpensive specimens that are simple for manufacturing and testing.

PL

Dążenie do redukcji ciężaru płatowca wymaga możliwie dokładnego doboru przekrojów elementów nośnych według spodziewanego obciążenia. W przypadku pasów kompozytowego dźwigara o strukturze laminarnej może to być dokonane na drodze stopniowego gubienia warstw kompozytu. W artykule przedstawiono stosunkowo prostą metodę określania maksymalnej liczby warstw laminatu, która może być odcięta bez powodowania nadmiernej koncentracji naprężeń. W prezentowanej metodzie wykorzystane zostały narzędzia liniowej mechaniki pękania w połączeniu z prostymi obliczeniami prowadzonymi metodą elementów skończonych. Próbki konieczne do uzyskania wykorzystywanych w tej metodzie stałych materiałowych są łatwe do wykonania a przeprowadzenie samych pomiarów i opracowanie wyników stosunkowo proste.

Słowa kluczowe

PL

delaminacja; materiał kompozytowy; pasy dźwigara; mechanika pękania

EN

delamination; composite material; spar flanges; fracture mechanics

• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. LVI, nr 1
• Strony: 91-103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czarnocki, P.

• Institut of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Van Rijn L.P.V.M.: "Design of Sailplanes Using Composite Materials", in Comprehensive Composite Materials v. 6 pp. 249.
• [2] Czarnocki P.: "Application of fracture mechanics for dimmensioning the maximum ply drop in flanges of composite spars", Recent research and design progress in aeronautical engineering and its influence on education, Brno University of Technology, No. 2, 2008.
• [3] Benzeggagh M.L., Kenanne M.: "Measurement of Mixed-Mode Delamination Fracture Toughness of Unidirectional Glass/Epoxy Composites eith Mixed-Mode Bending Apparatue", Composite Science and Technology, 56, 1996, pp. 439-449.
• [4] Dyson I.N., Kinloch A.J., Okada A.: "The Interlaminar Failure Behaviour of Carbon Fibre/Polyether-ether-ketone Composites", Composites, vol. 25, No. 3, 1994, pp. 189-193.
• [5] Hwu C., Kao C.J., Chang L.E.: "Delamination Fracture Criteria for Composite Laminates". Journal of Composite Materials, vol. 29, No. 15, 1996, pp. 1962-1987.
• [6] Rybicki E.F., Kanninen M.F.: "A finite element calculation of Stress Intensity Factors by a Modified Crack Closure Integral", Engineering Fracture Mechanics, vol. 9, 1977, pp. 931-938.
• [7] Hashemi S., Kinloch A.J., Williams J.G.: "Mechanics and Mechanism of Delamination in Poly(ether-sulphone)/fibre Composite", Composite Science and Technology, 37, 1990, pp. 429-462.
• [8] ASTM D6671-01 Standard test method for Mixed Mode I- Mode II interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fibre-Reinforced Polymer Matrix Composite.
• [9] Williams J.G.: "The Fracture Mechanics of Delamination Test", Journal of strain Analysis, vol. 24, No. 4, 1989, pp. 207-214.