W Y B R A N E P R O B L E M Y I N Y N I E R S K I E STANOWISKO DO BADANIA ODKSZTAŁCE DYNAMICZNYCH, ZJAWISKO DELAMINACJI

Transkrypt

1 W Y B R A N E P R O B L E M Y I NY N I E R S K I E Z E S Z Y T Y N A U K O W E I N S T Y T U T U A U T O M A T Y Z A C J I P R O C E S Ó W T E C H N O L O G I C Z N Y C H I Z I N T E G R O W A N Y C H S Y S T E M Ó W W Y T W A R Z A N I A STANOWISKO DO BADANIA ODKSZTAŁCE DYNAMICZNYCH, ZJAWISKO DELAMINACJI Arkadiusz Strzeo 1, Andrzej Baier 2 Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika lska, ul. Konarskiego 18A, Gliwice. 1 arkadiuszstrzezon@gmail.com, 2 andrzej.baier@polsl.pl Streszczenie: W artykule opisano projekt stanowiska, słucego do badania zjawiska delaminacji, zachodzcego przy dynamicznych odkształceniach. Stanowisko zaprojektowano, nastpnie przeprowadzono analiz numeryczn w programie NX 7. Stanowisko zostało wykonane. 1. Wstp Materiały kompozytowe coraz czciej s wykorzystywane jako materiał konstrukcyjny w szerokim spektrum dziedzin, takich jak: przemysł lotniczy, morski, samochodowy i wiele innych. Powszechnie uywane kompozyty stosowane w konstrukcjach inynierskich s uznawane za materiały o najlepszych właciwociach [5]. Laminaty s zazwyczaj wykonane z materiałów syntetycznych, posiadaj wysok wytrzymało, w stosunku do masy, i wymagaj kontrolowanych warunków produkcji dla optymalnej wydajnoci. Materiały kompozytowe zastpiły metale w przemyle lotniczym z powodu znacznego obnienia wagi konstrukcji, przy zachowaniu i/lub poprawie właciwoci wytrzymałoci. Na przykład Boeing 757 uywa około 21,5 m 3 kompozytów w kadłubie i skrzydłach, dodatkowo 10,2 m 3 stosowane w budowie sterów, wind, paneli krawdzi i owiewek. Bombowiec B-2 zawiera włókna wgla i szklane, matryce wykonane z ywic epoksydowych i wysokotemperaturowych poliimidów, jak równie innych materiałów kompozytowych w liczbie wikszej ni 10,000 czci [3]. Kompozyty s uwaane za jeden z podstawowych materiałów w tworzeniu duych statków powietrznych. S stosowane w samochodach wycigowych, rakietach do tenisa, kijach golfowych, i innych akcesoriach sportowych. Chocia technologie produkcji materiałów kompozytowych gwałtownie rosn, nie s w pełni rozwinite. Nowe kombinacje materiałów, jak włókna i ywice, s stale rozwijane [2]. Wyznaczenie wytrzymałoci poszczególnych typów laminatów na działanie rónorodnych sił i odkształce, podczas działania tych sił, ma wielkie znaczenie przy doborze laminatów najbardziej odpowiednich do danego zastosowania. Dodatkowo pozwala konstruktorowi wykona obliczenia wytrzymałociowe oraz okreli dopuszczalne wymiary elementów. Najczciej wyznaczane właciwoci wytrzymałociowe to: wytrzymało na rozciganie, ciskanie, zginanie, udarno, odporno na rozwarstwienie oraz twardo [1]. W pracy podjto prób zamodelowania stanowiska do badania pomiarów odkształce dynamicznych i zjawiska delaminacji, jak równie zbadania odpornoci na rozwarstwianie.

2 STRZEO A., BAIER A. 2. Proces modelowania i analiza numeryczna 2.1 Cel pracy Celem pracy było zaprojektowanie stanowiska do pomiaru odkształce dynamicznych i zjawiska delaminacji. Delaminacja jest to proces degradacji tworzyw kompozytowych, zwłaszcza laminatów. Polega na postpujcym odspajaniu włókien konstrukcyjnych od lepiszcza, którym s połczone. Bezporednio jest to spowodowane najczciej przez powtarzajce si obcienia dynamiczne [5]. 2.2 Załoenia w procesie modelowania Pierwszym etapem pracy była analiza literatury w odniesieniu do moliwoci bada materiałów kompozytowych. Załoeniem było badanie laminatu na zjawisko rozwarstwiania, wystpujce przy zbyt duym odkształceniu danego materiału, np. przy zginaniu, ciskaniu i cinaniu tego materiału. Zaprojektowane stanowisko słuy do badania zjawiska delaminacji przy dynamicznych odkształceniach. Oddziaływanie polega na odkształcaniu próbki w okrelonym czasie. Po zakoczeniu badania przy zadanym odkształceniu moliwe jest wyznaczenie odpornoci na rozwarstwianie. Stanowisko przedstawione na rys. 1 zaprojektowano w programie UGS NX 7.0. Główne elementy składowe stanowiska to: rama główna - 1, rama rodkowa - 2, łoyska w oprawach - 3, krzywka - 4, płyta badana - 5. Rys. 1. Widok zaprojektowanego stanowiska do pomiaru odkształce dynamicznych i zjawiska delaminacji

3 STANOWISKO DO BADANIA ODKSZTAŁCE DYNAMICZNYCH, ZJAWISKO DELAMINACJI 2.3 Symulacje numeryczne W kolejnym etapie projektu przeanalizowano zaprojektowane rozwizanie konstrukcyjne w Advanced Simulation. Przedstawiono przemieszczenia i naprenia w trzech pozycjach ruchu korby. Rys. 2. Widok: a) przemieszcze, b) napre w płycie, c) napre w ramie, w pocztkowym połoeniu krzywki Rys. 3. Widok: a) przemieszcze, b) napre w płycie, c) napre w ramie, w porednim połoeniu krzywki Rys. 4. Widok: a) przemieszcze, b) napre w płycie, c) napre w ramie, w maksymalnym połoeniu krzywki - maksymalne wychylenie płyty

4 STRZEO A., BAIER A. Wyniki analizy numerycznej przedstawiono na rys. 2, 3, 4 pozwoliły na zbadanie stanowiska przed jego wykonaniem i weryfikacj poprawnego zaprojektowania. Wyniki analizy potwierdzaj, i stanowisko wytrzyma zadane odcienia. 3. WYKONANE STANOWISKO Po zaprojektowaniu i analizie numerycznej danego rozwizania technologicznego wykonano stanowisko (rys. 5). a) b) c) Rys. 5. Widok wykonanego stanowiska a) bez badanej płyty, b) płyta włókno szklane, c) włókno kevlar Stanowisko zrealizowano z ogólnodostpnych materiałów, takich jak: ktowniki, kształtowniki prostoktne, płaskowniki. Krzywk osadzono na osi, wykonanej z litego prta i umieszczono na dwóch łoyskach w obudowach zamknitych. Napd krzywki wykonano z moliwoci podłczenia silnika z regulowan prdkoci obrotow poprzez pasek klinowy.

5 STANOWISKO DO BADANIA ODKSZTAŁCE DYNAMICZNYCH, ZJAWISKO DELAMINACJI Rys. 6. Widok zaprojektowanego stanowiska do pomiaru odkształce dynamicznych i zjawiska delaminacji Kolejnym etapem projektu (rys. 6) bdzie podłczenie silnika i badanie materiału przez dłuszy czas i z tak sam (regulowan) czstotliwoci odkształce przy rónych próbkach. Literatura 1. Brzeziski J.: Laminaty termoutwardzalne. Warszawa: WNT, Hyla I., leziona J.: Kompozyty: elementy mechaniki i projektowania. Gliwice: Wyd. Pol. l., Baker A., Dutton S., Kelly D.: Composite materials for aircraft structures. Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Konsztowicz K.: Kompozyty wzmacniane włóknami: podstawy technologii. Kraków: Wyd. AGH, Wilczyski A.: Polimerowe kompozyty włókniste: własnoci, struktura, projektowanie. Warszawa: WNT, Biblioteka pomocy UGS NX 7. THE TEST UNIT TO STUDY OF DYNAMIC DEFORMATION, PHENOMENON OF DELAMINATION Summary: The article describes the test unit design used to study the phenomenon of delamination that occur with the dynamic deformation. This unit was designed, then the numerical analysis was carried out in the NX7 program. Afterwards, the device was made.