Hybridilaminaattien makromekaaninen mallinnus
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2009
Department
Major/Subject
Lentotekniikka
Mcode
Kul-34
Degree programme
Language
fi
Pages
xii + 101 s. + liitt. 21
Series
Abstract
The purpose of the thesis was to get acquainted with basic properties of Fibre Metal Laminates (FML). FML's are hybrid laminates consisting layers of thin metal sheets and unidirectional reinforced plastic and are especially known for their good fatigue properties. Most utilized commercial FML is a combination of Al 2024-T3 aluminium and S2-fibreglass/epoxy known as Glare. The literature research contains the principles and calculation models of internal stresses after curing, stress-strain re1ation, fatigue and blunt notch properties of FLM's. A calculation tool for FML's static properties was developed. Internal stresses after curing were determined with the Classical Laminate Theory (CLT) and simple methods based on the CLT. Stress-strain curves of the material were modelled using Bilinear method and RambergOsgood parameter method. The residual strain analysis of FML after prestraining according to Ramberg-Osgood parameter method was included in the calculation tool. Behaviour of notched FML under tensile loading according to Modified Point Stress Criterion (MPSC) was investigated considering determination of characteristic length, ultimate strength and stress state on the edge of the notch. In the experimental study the properties predicted by the calculation tool were tested. Three different types of hybrid laminates were chosen for tensile tests: commercial Glare 3-3/2-0,3, aluminium-fibreglass and steel/T-700 carbon fibre combinations. Glare 3-3/2-0,3 was also chosen for prestraining and blunt notch tests. Test results indicate that the stress-strain curves for aluminium/fiberglass combinations can be determined rather accurately with Bilinear and Ramberg-Osgood parameter methods. For steel/carbon fibre combinations the methods are not sufficient enough. Results of the prestraining test showed good correspondence with calculation predictions. Blunt notch test results showed MPSC to be an applicable method to examine blunt notch properties of Glare 3-3/2-0,3. In the test analysis the notch sensitivity foetor m and the exponential parameter n needed in the MPSC analysis were determined for specimen width of W=25,4 mm.Diplomityön tavoitteena oli perehtyä kuitumetallilaminaattien (Fibre Metal Laminates) perusominaisuuksiin. Kuitumetallilaminaatit ovat kerroksittain ohuista metalleista ja yhdensuuntaislujitemuoveista koottuja hybridilaminaatteja, jotka tunnetaan erityisesti hyvistä väsymisominaisuuksistaan. Käytetyin kaupallinen kuitumetallilaminaatti on Al 2024-T3 -alumiinin, S2-lasikuidun ja epoksin yhdistelmä, joka tunnetaan tuotenimellä Glare. Kirjallisuuskatsauksessa selvitettiin periaatteet ja laskentamenetelmät kuitumetallilaminaattien valmistuksen jäännösjännityksille, jännitysvenymäominaisuuksille, väsymisominaisuuksille sekä reiällisen rakenteen kuormitusominaisuuksille. Työssä kehitettiin laskentatyökalu kuitumetallilaminaattien staattisten kuormitusominaisuuksien mallintamiseen. Laskentatyökalu arvioi valmistuksen jäännösjännitykset klassisella laminaattiteorialla ja siihen perustuvilla laskentamenetelmillä. Jännitysvenymäkuvaaja määritettiin mallintamalla kerrosten käyttäytyminen sekä bilineaarisella että Ramberg-Osgood -parametrien menetelmällä. Ramberg-Osgood -parametrien menetelmään perustuen tehtiin myös analyysi laminaattiin syntyvästä pysyvästä venymästä plastisessa kuormituksessa. Reiällisen laminaatin käyttäytymistä mallinnettiin muunnetun pistejännityskriteerin (Modified Point Stress Criterion) mukaan. Analyysillä voidaan määrittää karakteristinen etäisyys, reiällisen laminaatin murtojännitys ja jännitystila reiän reunalla. Työn kokeellisessa osuudessa testattiin laskentatyökalulla määritettyjä kuitumetallilaminaattien ominaisuuksia. Loveamattomien laminaattien vetokokeisiin valittiin kolme erilaista materiaaliyhdistelmää: kaupallinen Glare 3-3/2-0,3, alumiini/E-lasikuituyhdistelmä ja teräs/T700-hiilikuituyhdistelmä. Vetokokeista määritettiin jännitysvenymäkuvaajat. Vetokokeiden lisäksi Glare 3-3/2-0,3 -laminaatille testattiin kuormituskokein plastisessa kuormituksessa syntyvää pysyvää venymää sekä reiällisen laminaatin vetokokein muunnetun pistejännityskriteerin soveltuvuutta laminaatille. Kokeiden perusteella alumiini-lasikuituyhdistelmien jännitysvenymäkuvaajat ovat määritettävissä kohtuullisen tarkasti bilineaarisella ja Ramberg-Osgood -parametrien menetelmällä. Teräs-hiilikuituyhdistelmälle menetelmät antoivat tyydyttäviä tuloksia. Kokeissa käytetty Ramberg-Osgood -parametrien menetelmään perustuva pysyvän venymän ennuste antoi kuormituskokeissa hyvin tarkkoja tuloksia. Muunnettu pistejännityskriteeri on kokeiden mukaan sovellettavissa Glare 3-3/2-0,3 -laminaatille. Kokeissa määritettiin menetelmän vaatimat loviherkkyysluku m ja potenssi n koekappaleen leveydellä W=25,4 mm.Description
Supervisor
Saarela, OlliThesis advisor
Brander, TimoKeywords
fibre metal laminates, kuitumetallilaminaatit, stress-strain relation, jännitysvenymäkuvaaja, fatigue, väsyminen, blant notch strength, reiällisen laminaatin murtolujuus