The issue of residual strength tests of thin fibre metal laminates
Artykuł w czasopiśmie
MNiSW
8
Lista B
| Status: | |
| Warianty tytułu: |
Problematyka badań wytrzymałości zredukowanej cienkich laminatów metalowo-włóknistych
|
| Autorzy: | Jakubczak Patryk, Bieniaś Jarosław, Dadej Konrad, Zawiejski Wojciech |
| Rok wydania: | 2014 |
| Wersja dokumentu: | Drukowana | Elektroniczna |
| Język: | angielski |
| Numer czasopisma: | 3 |
| Strony: | 134 - 138 |
| Bazy: | BazTech |
| Efekt badań statutowych | NIE |
| Materiał konferencyjny: | NIE |
| Publikacja OA: | TAK |
| Licencja: | |
| Sposób udostępnienia: | Witryna wydawcy |
| Wersja tekstu: | Ostateczna wersja opublikowana |
| Czas opublikowania: | W momencie opublikowania |
| Abstrakty: | polski | angielski |
| Współczesne struktury lotnicze zawierają w sobie elementy pokryciowe, które mają za zadanie przenosić obciążenia m.in. statyczne, a przy tym być odporne na korozję czy uderzenia dynamiczne (impact). W związku z tym opracowano nowoczesne materiały hybrydowe, m.in. laminaty metalowo-włókniste, łączące w sobie właściwości różnych materiałów pod względem właściwości fizycznych i mechanicznych. Najpowszechniej znane i stosowane są dotychczas laminaty typu GLARE® (aluminium/kompozyt epoksydowo-szklany), które charakteryzują się wysokimi właściwościami np. zmęczeniowymi, statycznymi i odpornością na uderzenia typu impact. Jednoczesne oddziaływanie wielu negatywnych czynników w czasie eksploatacji sprawia, że parametry użytkowe tych materiałów stopniowo maleją. Jednym z czynników obniżających np. wytrzymałość statyczną jest oddziaływanie dynamiczne o niskiej prędkości. Uderzenia typu impact o niskiej prędkości często powoduje niewidoczne makroskopowo uszkodzenie struktury kompozytowej, która, absorbując energię uderzenia, ulega licznym rozwarstwieniom i pęknięciom osnowy. Laminaty metalowo-włókniste znacznie lepiej przenoszą obciążenia dynamiczne, ograniczając niekorzystne powstawanie pęknięć osnowy kompozytu, m.in. przez absorpcję części energii uderzenia na odkształcenie sprężysto-plastyczne. W celu oceny wpływu uderzeń typu impact na wytrzymałość materiałów, np. kompozytowych, prowadzi się badania m.in. ściskania osiowego płyt po uderzeniu (Compression After Impact). Znormalizowana próba CAI dotyczy klasycznych struktur kompozytowych o grubości około 5 mm. Jak wynika z literatury, nie jest jednak skuteczna w przypadku laminatów metalowo-włóknistych, szczególnie tych o grubościach od 1,1 mm. W pracy przedstawiono analizę możliwości prowadzenia efektywnej (zapewniającej prawidłową ocenę redukcji wytrzymałości) próby ściskania osiowego płyt FML o grubości 1,5 mm po uderzeniach dynamicznych. Zaproponowano własną konstrukcję stanowiska do badań oraz przeprowadzono symulację i weryfikację eksperymentalną. Zauważono, że rozwiązanie opracowane w normie ASTM nie sprawdza się w przypadku cienkich płyt FML. Następuje odkształcenie próbki w strefie oddalonej od miejsca uderzenia. W rezultacie wartości wytrzymałości nie różnią się względem siebie dla płyt bez uderzenia i po uderzeniu. Zaproponowana alternatywna konstrukcja uchwytu do realizacji testów CAI laminatów metalowo--włóknistych po uderzeniach dynamicznych eliminuje przedwczesne uszkodzenie materiału. Na podstawie przeprowadzonych symulacji numerycznych stwierdzono, że zastosowanie tego uchwytu prowadzi do wyboczenia materiału (pierwsza postać wyboczenia) w obszarze uszkodzenia, koncentrując naprężenia w jego okolicy. Taka forma odkształcenia może pozwolić prawidłowo ocenić wpływ uszkodzeń po uderzeniach na wytrzymałość kompozytów typu FML. | |
| Modern aircraft structures contain sheathing elements which are supposed to not only carry loads, e.g static ones, but also at the same time possess resistance to corrosion or dynamic impact. As a consequence, new kinds of hybrid materials, e.g fibre metal laminates, were created. They combine the mechanical and physical properties of various materials. Until now, the most common and widespread structures are GLARE® laminates (aluminium/glass-epoxy composites), characterised by high fatigue and static properties, as well as by impact resistance. The concurrent influence of many negative factors during exploitation causes a gradual decrease in the functional properties of these materials. One of the factors affecting e.g. static strength is low-velocity impact. Low-velocity impact often leads to macroscopically invisible damage of the composite structure, with delaminations and ply cracking occurring during impact energy absorption. Fibre metal laminates possess a much better dynamic load-carrying capacity, limiting negative ply cracking in the composite and absorbing some impact energy through elastic-plastic deformation. In order to assess the influence of low-velocity impact on the residual strength of composite materials, Compression After Impact (CAI) tests are carried out. Normalised CAI testing is used for classic 5 mm thick composite structures. However, as the literature suggests, it is not effective in the case of fibre metal laminates, particularly those with a thickness more then 1.1 mm. The work presents an analysis of the possibility of conducting an effective (ensuring valid assessment of strength reduction) CAI test for 1.5 mm thick FML panels after dynamic impact. An alternative workstation construction was proposed, and simulations and experimental verifications were conducted. It was observed that a solution based on the ASTM standard does not apply to thin FML laminated panels. Deformation of the specimen occurs in areas located far from the impact site. As a consequence, the strength values differ neither for plates with impact-induced damage nor ones without it. The proposed alternative holder construction for compression after impact of thin fibre metal laminates plates testing eliminates premature material damage. On the basis of the conducted numerical simulations, it was stated that using the ASTM holder for CAI test leads to the occurrence of the first buckling mode in the damage area, with stress concentration in its vicinity. Such a form of deformation may allow one to correctly assess the influence of impact damage on FML composites. |
