Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Analiza powierzchni metalu w laminatach metalowo-włóknistych

100%

Bieniaś J. , Rudawska A.

|

tom Vol. 32, nr 4

337-340

PL

W pracy przedstawiono badania wybranych właściwości powierzchni metalowych (stopu aluminium 2024T3 oraz czystego technicznie tytanu) w laminatach metalowo-włóknistych FML (Fibre Metal Laminates) - analiza strukturalna, chropowatość, badania energii powierzchniowej - w zależności od zastosowanego sposobu przygotowania powierzchni (anodowanie). Wytworzone warstwy anodowe charakteryzują się jednorodną strukturą, wysoką jakością i bardzo dobrym połączeniem z materiałem podłoża. Wyznaczone właściwości fizykochemiczne (kąt zwilżania oraz swobodna energia powierzchniowa) z zastosowanymi modyfikacjami powierzchni - anodowania, wskazują na możliwość otrzymania warstwy wierzchniej o dobrych właściwościach adhezyjnych w układzie metal/kompozyt polimerowy. Wstępne badania wytrzymałościowe laminatów FML stop aluminium/kompozyt polimerowy oraz ocena adhezji metal/kompozyt potwierdzają uzyskanie laminatów o bardzo dobrych właściwościach adhezyjnych i wytrzymałościowych połączenia poszczególnych komponentów.

EN

The paper presents the results of the studies of metallic surfaces properties (2024 T3 aluminum alloy and technically pure titanium) in Fibre Metal Laminates (the structural analysis, roughness, surface energy measurements) depending on applied method of the surface pretreatment (anodizing). The anodizing layers are characterized a homogeneous structure, high quality and a very good bonding with a substrate material. Particularly the designated physical-chemical properties and the (a contact angle and a surface free energy) with applying surface modifications - anodizing, indicates for possibility to obtain a state of the surface layer with good adhesion properties in the metal/polymer composite configuration. The preliminary strength studies of the FML laminates aluminum alloy polymer composite and the metal/composite adhesion assessment were confirmed by obtaining the laminates with high adhesive properties and strength bonding in particular components.

2

Analysis of load-displacement curves and energy absorption relations of selected fibre metal laminates subjected to low-velocity impact

100%

Jakubczak P. , Bieniaś J. , Surowska B.

|

tom R. 14, nr 3

123--127

EN

The goal of this paper is to analyse damage in Fibre Metal Laminates, containing glass and carbon fibre reinforced composites, subjected to low-velocity impact. The analysis is based on the assessment of force-displacement characteristics in the aspect of energy absorption connected with initiation and damage propagation in the examined laminate. On the basis of experimental research and result analysis, it may be stated that: (1) Fibre Metal Laminates with glass and carbon fibres are characterized by higher impact resistance in comparison to classic composite structures. This assumption is proved by higher maximum load levels, as well as by higher aggregate absorbed impact energy. Moreover, the aluminium layers can have a protective function as they absorb a significant amount of dynamic impact energy and lower the scope of damage in the laminate. (2) Fibre Metal Laminates with carbon fibres show greater susceptibility to damage resulting from dynamic impact than laminates with glass fibres. The main factors influencing the impact resistance of the examined materials are the properties of particular components, especially the composite reinforcing fibres. Carbon fibres show a relatively small deformation range until failureand are brittle in comprison to glass ones, which raises their susceptibility to damage resulting from dynamic impact. (3) Force-displacement (F-d) analysis, aggregate absorbed impact energy (Ea) as well as initiation energy (Ei) and damage propagation (Ep) may represent some of the more vital criteria of composite materials assessment in terms of their resistance to low-velocity impact.

PL

Prezentowana praca ma na celu analizę zniszczenia laminatów metalowo-włóknistych zawierających kompozyt wzmacniany włóknem szklanym i węglowym poddanych uderzeniom dynamicznym poprzez ocenę charakterystyk siła-przemieszczenie w aspekcie absorbowanej energii związanej z inicjacją i propagacją zniszczenia lamiantu. Na podstawie badań eksperymentalnych oraz analizy wyników można stwierdzić że: (1) Laminaty metalowo-włókniste z włóknami szklanymi i węglowymi odznaczają się wyższą odpornością na uderzenia dynamiczne w porównaniu do klasycznych struktur kompozytowych. Świadczą o tym wyższe poziomy maksymalnego obciążenia oraz sumarycznej zaabsorbowanej energii uderzenia. Ponadto warstwy aluminium mogą pełnić rolę ochronną absorbując w znacznym stopniu energię uderzenia dynamicznego i zmniejszając ogólny poziom zniszczenia laminatu. (2) Większą podatność na zniszczenie poprzez uderzenia dynamiczne wykazują laminaty metalowo-włókniste z włóknami węglowymi w porównaniu do laminatów z włóknami szklanymi. Decydującym czynnikiem o odporności na uderzenie badanych materiałów jest charakterystyka poszczególnych komponentów, w szczególności włókien wzmacniających kompozyt. Włókna węglowe wykazują stosunkowo małe odkształcenie do zniszczenia i są kruche w porównaniu do szklanych, co zwiększa ich podatności na zniszczenie poprzez uderzenia dynamiczne (3) Analiza krzywych siła-przemieszczenia (F-d), sumaryczna zaab-sorbowana energia uderzenia (Ea) oraz energia inicjacji (Ei) i propagacji (Ep) zniszczenia mogą stanowić jedno z istotnych kryteriów oceny odporności materiałów kompozytowych na uderzenia dynamiczne o niskich prędkościach.

3

Comparative analysis of failure of Al/GFRP laminates after tensile strength test

100%

Ostapiuk M. , Surowska B.

|

tom R. 15, nr 4

259--265

EN

Fibre-metal laminates are modern composite materials that are replacing certain metal elements in aircraft structures. Such hybrid materials have synergic properties determined by their component properties and configuration. This article presents studies of GLARE laminates consisting of aluminium and glass-epoxy composite sheets manufactured using the autoclave method. 2024T3 aluminium alloy sheets were subjected to chromic acid anodising (CAA) and sulphuric acid anodising (SAA). Three different lay-up configurations of the composite layers were used in the structure of 2/1 laminates: [0°], [0/90°] and [±45°]. Tensile strength studies were conducted using a strength testing machine (MTS 322) in accordance with the ASTM standard for composite materials. Microstructural and fractographic observations were conducted using an optical microscope and a scanning electron microscope (Zeiss Ultra Plus, NovaNanoSEM 450). The tensile strength test did not result in cracking of the metal plies; it was the composite that underwent degradation. After the test, the samples were found to have undergone deformation and delamination as a result of the tension; the laminates with an SAA layer were more greatly affected. The plastic range properties are determined by the fibre configuration. The metal/composite adhesion force was higher than the cohesive force in the composite for all the configurations. The degradation mechanism of the laminate structure during uniaxial tensile strength tests does not depend on the type of anodised layer. The configuration of the fibrous composite layers affects the propagation of cracks in the composite area. Transverse cracking of the fibres, cracking of the anodised layer and decohesion of the matrix with tearing-out of fibres were observed in all the cases. The surface morphology of the fracture caused by the decohesion of the composite in an FML is of the same nature as the fracture in the composite material.

PL

Laminaty metalowo-włókniste to współczesne materiały złożone zastępujące niektóre elementy metalowe w konstrukcjach lotniczych. Taki materiał hybrydowy posiada właściwości synergiczne, determinowane właściwościami komponentów i ich konfiguracją. W niniejszej pracy przedstawiono badania laminatów typu Glare, składających się z blach aluminium i kompozytu epoksydowo-szklanego, wytworzonych metodą autoklawową. Blachy ze stopu aluminium gat. 2024T3 anodowano w roztworze kwasu chromowego (CAA) oraz w roztworze kwasu siarkowego (SAA). W budowie laminatów 2/1 wykorzystane zostały trzy różne konfiguracje ułożenia warstw kompozytu: [0°], [0/90°] oraz [±45°]. Badania wytrzymałości na rozciąganie zostały przeprowadzone przy użyciu maszyny wytrzymałościowej (MTS 322) zgodnie z normą ASTM dla materiałów kompozytowych. Obserwacje mikrostrukturalne i fraktograficzne zostały przeprowadzone przy użyciu mikroskopu optycznego i skaningowej mikroskopii elektronowej (Zeiss Ultra Plus, NovaNanoSEM 450). W teście rozciągania nie nastąpiło pęknięcie warstw metalu, degradacji uległ kompozyt. Po zakończeniu testu wystąpiła deformacja próbek i ich rozwarstwienie na skutek naprężenia, silniejszy efekt zaobserwowano w laminatach z warstwą SAA. O właściwościach w zakresie plastycznym decyduje konfiguracja włókien. We wszystkich układach siła adhezji metal/kompozyt przewyższała siłę kohezji w kompozycie. Mechanizm degradacji struktury laminatów podczas jednoosiowego rozciągania nie zależy od typu warstwy anodowej. Konfiguracja warstw kompozytu włóknistego wpływa na propagację pęknięć w obszarze kompozytu. We wszystkich przypadkach nastąpiło pękanie poprzeczne włókien, pękanie warstwy anodowej oraz dekohezja osnowy z odrywaniem włókien. Morfologia powierzchni przełomu powstałego w wyniku dekohezji kompozytu w FML ma taki sam charakter jak przełom w materiale kompozytowym.

4

Wybrane właściwości wytrzymałościowe laminatów hybrydowych tytan-kompozyt węglowo/epoksydowy

100%

Bieniaś J. , Jakubczak P.

|

tom Vol. 33, nr 4

307--310

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wybranych właściwości wytrzymałościowych hybrydowych laminatów FML nowej generacji na bazie tytanu i kompozytu o osnowie epoksydowej wzmacnianego włóknem węglowym (HTCL). Charakteryzowano właściwości mechaniczne laminatów HTCL (wytrzymałość na rozciąganie, moduł Younga) i proces niszczenia w zależności od konfiguracji warstw w materiale kompozytowym. Laminaty HTCL charakteryzują się wysoką wytrzymałością na rozciąganie oraz modułem Younga. W porównaniu z tytanem otrzymano około 2,5-krotny wzrost wytrzymałości na rozciąganie kompozytu HTCL [0] oraz około 2-krotny w przypadku HTCL [0/90]. Głównymi czynnikami wpływającymi na właściwości laminatów HTCL są rodzaj komponentów oraz ukierunkowanie włókien wzmacniających. Zniszczenie laminatów HTCL wskazuje na złożoność procesu degradacji tych materiałów. Charakter zniszczenia w warstwach kompozytu polimerowego jest zbliżony do typowego dla tego rodzaju materiałów. Uzyskane kompozyty HTCL stanowią grupę materiałów hybrydowych o potencjalnym zastosowaniu m.in. w konstrukcjach lotniczych, gdzie mogą zastępować stopy metali czy tradycyjne kompozyty polimerowe wzmacniane włóknami.

EN

The article presents a study of selected mechanical properties of the nextgeneration of hybrid FML-laminates based on titanium and composites with carbon fiber reinforced epoxy (HTCL). The configuration of the layers in the composite material determines the mechanical properties of HTCL laminates (tensile strength, Young's modulus) and the destruction process. HTCL laminates are characterized by high tensile strength and Young’s modules. In comparison to titanium, about a 2.5 times increase in tensile strength for composite HTCL [0] was obtained and approximately 2-fold in the case of HTCL [0/90]. The main factors that influence the properties of HTCL laminates are the type of individual components – titanium, and carbon-epoxy composites and the orientation of the reinforcing fibers. The failure of HTCL laminates indicates the complexity process of degradation of these materials. The nature of damage in the polymer composite layers is similar to that typical for this type of materials. HTCL is a group of hybrid materials with potential uses including aircraft, often replacing traditional metal alloys or polymer composites reinforced with fibers.

5

Fibre metal laminates - some aspects of manufacturing process, structure and selected properties

100%

Bieniaś J.

|

tom R. 11, nr 1

39-43

EN

Fibre Metal Laminates (FML) are hybrid materials, consisting of alternating layers of thin metal sheets and composite layers. FML possess superior properties of both metals and fibrous composite materials. Fibre Metal Laminates are characterized by excellent damage tolerance: fatigue and impact and characteristics, low density, corrosion and fire resistance. Glare as a type of FML are composites consisting of thin aluminium layers and glass fiber reinforced epoxy composites. The most common method used to produce FML including Glare is autoclave processing (under relatively high pressure, vacuum, elevated temperature). The first large scale application of Glare laminates is the fuselage and leading edges of the vertical and horizontal tail planes of the Airbus A-380 aircraft. Current and future research on FML is focused on generating new laminates, for example based on the combination of titanium and magnesium and carbon or glass polymer composites. In this paper, the preliminary studies concerning the manufacturing method and the properties of new generation hybrid composite materials - titanium/glass fibre reinforced laminates (Ti-G) are described. The titanium/glass composites were characterized from the standpoint of their quality (ultrasonic technique- phased array C-scan method), microstructure and selected mechanical properties (tensile strength). The hybrid Ti-G laminates were prepared by stacking alternating layers of commercially pure titanium (grade 2) and R-glass fiber/epoxy prepregs. The lay-up scheme of the Ti-G composites were 2/1 (two layers of titanium sheet and one layer of glass/epoxy prepreg as a [0,90] sequence) and 3/2. It was found that (1) manufacturing Fibre Metal Laminates including Ti-G composites using the autoclave technique is advantageous for the reason of obtaining higher quality and repeatability of the composite structures, (2) the titanium/glass fiber reinforced laminates demonstrated good bonding between the metal and composite layers and homogeneous structure without discontinuities, (3) manufactured Ti-G composites are characterized by high mechanical properties - tensile strength due to the excellent properties of both components, titanium and glass-fibre composite materials, (4) titanium/glass fiber reinforced laminates are new generation hybrid materials, which can be potentially used for composite structures in aerospace.

PL

Laminaty metalowo-włókniste (Fiber Metal Laminates) są materiałami hybrydowymi, składającymi się z kolejno ułożonych (na przemian) warstw metalu i kompozytu polimerowego. Laminaty FML łączą w sobie właściwości zarówno metalu, jak i materiału kompozytowego wzmacnianego włóknami. FML charakteryzują się wysoką tolerancją uszkodzeń, wysoką wytrzymałością zmęczeniową, odpornością na uderzenia, niską gęstością, odpornością na korozję oraz ognioodpornością. Laminaty Glare jako jeden z rodzajów FML stanowią kompozyty składające się z cienkich warstw aluminium oraz kompozytu polimerowego wzmacnianego włókami szklanymi. Najbardziej powszechną metodą wytwarzania laminatów FML, w tym Glare, jest technika autoklawowa (wysokie ciśnienie, podciśnienie, podwyższona temperatura). Pierwsze komercyjne zastosowanie laminatów typu Glare stanowią panele kadłuba oraz krawędzie natarcia pionowego i poziomego usterzenia ogonowego w samolocie Airbus A380. Zarówno aktualne, jak i przyszłe prace naukowo-badawcze w zakresie kompozytów FML ukierunkowane są na wytwarzanie nowej generacji laminatów zawierających tytan lub magnez, z kompozytami polimerowymi wzmacnianymi włóknami węglowymi oraz szklanymi. W pracy przedstawiono wstępne badania dotyczące metody wytwarzania oraz właściwości nowej generacji hybrydowych materiałów kompozytowych typu: tytan/kompozyt polimerowy wzmacniany włóknami szklanymi (Ti-G). Kompozyty tytan/włókna szklane charakteryzowano pod kątem jakości (badania nieniszczące ultradźwiękowe - metoda phased array C-scan), mikrostruktury oraz wybranych właściwości mechanicznych (wytrzymałość na rozciąganie). Hybrydowe laminaty Ti-G stanowiły warstwy czystego technicznie tytanu (garde 2) oraz kompozytu polimerowego wzmacnianego włóknami szklanymi typu R, w układzie 2/1 (dwie warstwy tytanu oraz jedna warstwa kompozytu o ułożeniu warstw [0/90]) oraz w układzie 3/2. Wykazano, że: (1) wytwarzanie kompozytów metalowo-włóknistych (FML) metodą autoklawową jest korzystne ze względu na wysoką jakość i powtarzalność struktur kompozytowych, (2) laminaty tytan/włókna szklane charakteryzują się dobrą przyczepnością metal-kompozyt oraz jednorodną strukturą bez widocznych nieciągłości, (3) wytworzone kompozyty Ti-G odznaczają się wysokimi właściwościami mechanicznymi - wytrzymałością na rozciąganie dzięki wysokim właściwościom poszczególnych komponentów: tytanu i kompozytu polimerowego wzmacnianego włóknami szklanymi, (4) kompozyty tytan/włókna szklane stanowią nową generację materiałów hybrydowych, które mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w przemyśle lotniczym.