Tato práce se zabývá pevnostní analýzou laminátové desky, která je k okolní konstrukci připojená kolíkovým spojem. Experimentální vzorky byly vyrobeny z desky z uhlíkového kompozitu. Pro prováděné experimenty bylo navrženo a vyrobeno speciální zařízení, které je možné nainstalovat do trhacího stroje Zwick/Roell Z050. Tím bylo možné monitorovat všechny viditelné změny zkušebních vzorků pomocí fotoaparátu, což umožnilo následné vyhodnocení experimentů pomocí metody digitální korelace obrazu. Experimenty byly dále monitorovány dvěma akcelerometry, pomocí nichž bylo identifikováno první porušení zkušebních vzorků. Numerické simulace probíhaly v konečnoprvkovém systému MSC.Marc, do kterého bylo pomocí programovacího jazyka Fortran implementováno kritérium porušení Puck pro prostorovou napjatost. Konečnoprvkové modely byly vytvořeny parametricky s využitím softwaru Matlab. Výsledky simulací byly porovnány s experimenty. K porovnání a vyhodnocení výsledků byl opět použit software Matlab.
Annotation in English
This work deals with the strength analysis of a laminated composite plate which is joined to a construction using a pin. Experimental specimens made of a carbon fibre composite plate were tested. A special experimental device was designed and produced. This device is possible to install into the testing machine Zwick/Roell Z050. It allowed monitoring of all visible changes of the experimental specimens with a camera what allowed the evaluation of the experiments using the digital image correlation method. Furthermore, the experiments were monitored with two accelerometers to identify a first ply failure of the specimens. The analyses were carried out in the finite element system MSC.Marc in which the Puck failure criterion for 3D stress state was implemented using the programming language Fortran. The finite element models were created parametrically in the Matlab software. Results of the numerical analyses were compared to the experiments. For the comparison and the evaluation of the results was again used the Matlab software.
Keywords
digitální korelace obrazu, kolíkový spoj, kompozit, metoda konečných prvků, Puck
Keywords in English
composite, digital image correlation, finite element analysis, pin joint, Puck
Length of the covering note
65 s. (13 384 slov)
Language
CZ
Annotation
Tato práce se zabývá pevnostní analýzou laminátové desky, která je k okolní konstrukci připojená kolíkovým spojem. Experimentální vzorky byly vyrobeny z desky z uhlíkového kompozitu. Pro prováděné experimenty bylo navrženo a vyrobeno speciální zařízení, které je možné nainstalovat do trhacího stroje Zwick/Roell Z050. Tím bylo možné monitorovat všechny viditelné změny zkušebních vzorků pomocí fotoaparátu, což umožnilo následné vyhodnocení experimentů pomocí metody digitální korelace obrazu. Experimenty byly dále monitorovány dvěma akcelerometry, pomocí nichž bylo identifikováno první porušení zkušebních vzorků. Numerické simulace probíhaly v konečnoprvkovém systému MSC.Marc, do kterého bylo pomocí programovacího jazyka Fortran implementováno kritérium porušení Puck pro prostorovou napjatost. Konečnoprvkové modely byly vytvořeny parametricky s využitím softwaru Matlab. Výsledky simulací byly porovnány s experimenty. K porovnání a vyhodnocení výsledků byl opět použit software Matlab.
Annotation in English
This work deals with the strength analysis of a laminated composite plate which is joined to a construction using a pin. Experimental specimens made of a carbon fibre composite plate were tested. A special experimental device was designed and produced. This device is possible to install into the testing machine Zwick/Roell Z050. It allowed monitoring of all visible changes of the experimental specimens with a camera what allowed the evaluation of the experiments using the digital image correlation method. Furthermore, the experiments were monitored with two accelerometers to identify a first ply failure of the specimens. The analyses were carried out in the finite element system MSC.Marc in which the Puck failure criterion for 3D stress state was implemented using the programming language Fortran. The finite element models were created parametrically in the Matlab software. Results of the numerical analyses were compared to the experiments. For the comparison and the evaluation of the results was again used the Matlab software.
Keywords
digitální korelace obrazu, kolíkový spoj, kompozit, metoda konečných prvků, Puck
Keywords in English
composite, digital image correlation, finite element analysis, pin joint, Puck
Research Plan
Rešerše současného stavu predikce pevnosti laminátů s dírou pro spoje kovovými elementy.
Experimentální vyšetření pevnosti laminátu s dírou zatíženou kovovým elementem pro připojení dalších částí (např. kolík, šroub nebo nýt).
Numerická simulace provedené zkoušky v systému MSC.Marc.
Implementace pevnostního kritéria Puck pro prostorovou napjatost do systému MSC.Marc.
Testování implementovaného kritéria Puck.
Porovnání provedeného experimentu s numerickou simulací, ve které bude využito pevnostního kritéria Puck.
Research Plan
Rešerše současného stavu predikce pevnosti laminátů s dírou pro spoje kovovými elementy.
Experimentální vyšetření pevnosti laminátu s dírou zatíženou kovovým elementem pro připojení dalších částí (např. kolík, šroub nebo nýt).
Numerická simulace provedené zkoušky v systému MSC.Marc.
Implementace pevnostního kritéria Puck pro prostorovou napjatost do systému MSC.Marc.
Testování implementovaného kritéria Puck.
Porovnání provedeného experimentu s numerickou simulací, ve které bude využito pevnostního kritéria Puck.
Recommended resources
Deuschle, H. M.: 3D Failure Analysis of UD Fibre Reinforced Composites: Puck's Theory within FEA. Institute of Statics and Dynamics of Aerospace Structures, Universität Stuttgart, 2010.
Kottner, R.: Spojování kompozitních a kovových strojních částí z hlediska tuhosti a pevnosti. Disertační práce, ZČU, FAV, Plzeň, 2007.
Puck, A., Kopp, J., Knops, M.: Guidelines for the Determination of the Parameters in Puck's Action Plane Strength Criterion. Composites Science and Technology 62, 2002.
Puck, A., Schürmann, H.: Failure Analysis of FRP Laminates by means of Physically Based Phenomenological Models. Composites Science and Technology 58, 1998.
Recommended resources
Deuschle, H. M.: 3D Failure Analysis of UD Fibre Reinforced Composites: Puck's Theory within FEA. Institute of Statics and Dynamics of Aerospace Structures, Universität Stuttgart, 2010.
Kottner, R.: Spojování kompozitních a kovových strojních částí z hlediska tuhosti a pevnosti. Disertační práce, ZČU, FAV, Plzeň, 2007.
Puck, A., Kopp, J., Knops, M.: Guidelines for the Determination of the Parameters in Puck's Action Plane Strength Criterion. Composites Science and Technology 62, 2002.
Puck, A., Schürmann, H.: Failure Analysis of FRP Laminates by means of Physically Based Phenomenological Models. Composites Science and Technology 58, 1998.