Residual Strength and Fatigue Lifetime of ... - Solid Mechanics
Residual Strength and Fatigue Lifetime of ... - Solid Mechanics Residual Strength and Fatigue Lifetime of ... - Solid Mechanics
Synopsis Sandwich kompositter er i de seneste år ofte blevet brugt til vægt-kritiske strukturer såsom fly, vindmøllevinger og højhastigheds-skibe på grund af det overlegne stivhed/vægt-forhold i forhold til konventionelle metalliske strukturer. Sandwich-kompositter, sammensat af forskellige materialer med meget forskellige stivheds-egenskaber, er tilbøjelige til at få forskellige og varierende skadestyper. Skader i samlingen mellem dæklag og kerne er en af de mest almindelige skadestyper sandwich kompositter kan opleve. Skader i samlingen mellem dæklag og kerne kan initieres på grund af forskellige årsager, såsom problemer i fremstillingsprocessen eller belastningers indvirkningen på samlingen. Skader i samlingen mellem dæklag og kerne kan være meget afgørende for den strukturelle styrke, da det grundlæggende sandwich-princip er kompromitteret på grund af den manglende forbindelse mellem dæklag og kerne, hvilket resulterer i en mangel på strukturel bæreevne og integritet. Et spørgsmål der opstår ved alle anvendelser af sandwich-kompositter er skades-tolerance: Hvordan er den strukturelle integritet påvirket af tilstedeværelsen af produktionsfejl eller driftskader? Formålet med denne afhandling er at udvikle metoder til besvarelse af dette spørgsmål. Traditionelt er dyre og omfattende eksperimenter blevet udført for at vurdere den strukturelle integritet af beskadigede strukturer, især når disse udsættes for cyklisk belastning. I denne afhandling modeller, som et alternativ til at reducere omkostningerne og størrelsen af eksperimenter, præsenteret. Hovedvægten er lagt på udviklingen af numeriske simuleringsmodeller som kan erstatte eksperimenter, men for at undersøge nøjagtigheden og effektiviteten af de udviklede modeller er de alle valideret imod eksperimenter. Afhandlingen er opdelt i to hoveddele. I den første del analyseres sandwich søjler og paneler med skader udsat for statiske belastninger baseret på brudmekanisk numerisk modeller. For at validere de udviklede modeller, er der udført komprimerings-forsøg på beskadigede sandwichsøjler og paneler. Brudenergien for dæklag/kerne samlingen i de testede søjler og paneler er målt og derefter anvendt i finite element modeller til at estimere brudlasten. En god nøjagtighed ved beregningen af brudlasten tyder på, at de udviklede modeller er anvendelige. I vise tilfælde afviger simuleringerne af skadede sandwichpaneler dog med omkring 46% i forhold til vi
eksperimenterne. Dette ses som et tegn på, at i mere komplekse geometrier bør de udviklede modeller bruges med forsigtighed. I den anden del af afhandlingen er udmattelses-levetid af beskadigede sandwich kompositter undersøgt. For at gøre finite element simuleringen af udmattelses-revnevækst praktisk, er der udviklet en ”cycle jump” metode for at accelerere simuleringen. Denne er blevet indarbejdet i de i den første del af afhandlingen udviklede numeriske modeller. Det er vist, at ved at benytte ”cycle jump” metoden kan op til 99% af beregnings-tiden spares, da behovet for simulering af hver enkelt cykel elimineres. Ved hjælp af de udviklede numeriske modeller er udmattelsesrevnevækst i dæklag/kerne samlingen for sandwich X-samlinger og paneler simuleret og derefter sammenlignet med de gennemførte udmattelses-eksperimenter. En god nøjagtighed i simuleringerne i forhold til udmattelses-eksperimenterne viser, at de udviklede accelererede udmattelses-revnevækst-modeller er et pålideligt værktøj ved skadesvurdering af sandwichkonstruktioner udsat for cykliske belastninger. vii
- Page 1: Residual Strength and Fatigue Lifet
- Page 4 and 5: Published in Denmark by Technical U
- Page 6 and 7: This page is intentionally left bla
- Page 8 and 9: method to accelerate the simulation
- Page 12 and 13: This page is intentionally left bla
- Page 14 and 15: Contents Preface Executive Summary
- Page 16 and 17: 5 Face/core Interface Fatigue Crack
- Page 18 and 19: This page is intentionally left bla
- Page 20 and 21: H11 bimaterial constant H22 bimater
- Page 22 and 23: This page is intentionally left bla
- Page 24 and 25: These peculiar damage modes often r
- Page 26 and 27: 1.2 Overview of the Thesis In this
- Page 28 and 29: Figure 1.3: Fracture modes, from Be
- Page 30 and 31: In Equations (1.5) and (1.6) H11, H
- Page 32 and 33: Figure 1.6: Schematic illustration
- Page 34 and 35: The compact tension specimen (CT) i
- Page 36 and 37: A Figure 1.10: CSB, DCB, TSD, DCB-U
- Page 38 and 39: Chapter 2 Buckling Driven Face/Core
- Page 40 and 41: (DIC) measurement system (ARAMIS 2M
- Page 42 and 43: corresponds to the onset of debond
- Page 44 and 45: Figure 2.7: Crack kinking into the
- Page 46 and 47: (2.2) where and for plane str
- Page 48 and 49: A modified version of the tilted sa
- Page 50 and 51: previous observations of crack path
- Page 52 and 53: of contact elements (CONTACT173 and
- Page 54 and 55: the debond opening initially increa
- Page 56 and 57: Table 2.4: Instability loads determ
- Page 58 and 59: G (J/m2) 600 400 200 0 H100 IMP=0.1
Synopsis<br />
S<strong>and</strong>wich kompositter er i de seneste år <strong>of</strong>te blevet brugt til vægt-kritiske strukturer såsom fly,<br />
vindmøllevinger og højhastigheds-skibe på grund af det overlegne stivhed/vægt-forhold i forhold<br />
til konventionelle metalliske strukturer. S<strong>and</strong>wich-kompositter, sammensat af forskellige<br />
materialer med meget forskellige stivheds-egenskaber, er tilbøjelige til at få forskellige og<br />
varierende skadestyper. Skader i samlingen mellem dæklag og kerne er en af de mest<br />
almindelige skadestyper s<strong>and</strong>wich kompositter kan opleve. Skader i samlingen mellem dæklag<br />
og kerne kan initieres på grund af forskellige årsager, såsom problemer i fremstillingsprocessen<br />
eller belastningers indvirkningen på samlingen. Skader i samlingen mellem dæklag og kerne kan<br />
være meget afgørende for den strukturelle styrke, da det grundlæggende s<strong>and</strong>wich-princip er<br />
kompromitteret på grund af den manglende forbindelse mellem dæklag og kerne, hvilket<br />
resulterer i en mangel på strukturel bæreevne og integritet.<br />
Et spørgsmål der opstår ved alle anvendelser af s<strong>and</strong>wich-kompositter er skades-tolerance:<br />
Hvordan er den strukturelle integritet påvirket af tilstedeværelsen af produktionsfejl eller driftskader?<br />
Formålet med denne afh<strong>and</strong>ling er at udvikle metoder til besvarelse af dette spørgsmål.<br />
Traditionelt er dyre og omfattende eksperimenter blevet udført for at vurdere den strukturelle<br />
integritet af beskadigede strukturer, især når disse udsættes for cyklisk belastning. I denne<br />
afh<strong>and</strong>ling modeller, som et alternativ til at reducere omkostningerne og størrelsen af<br />
eksperimenter, præsenteret. Hovedvægten er lagt på udviklingen af numeriske simuleringsmodeller<br />
som kan erstatte eksperimenter, men for at undersøge nøjagtigheden og effektiviteten af<br />
de udviklede modeller er de alle valideret imod eksperimenter.<br />
Afh<strong>and</strong>lingen er opdelt i to hoveddele. I den første del analyseres s<strong>and</strong>wich søjler og paneler<br />
med skader udsat for statiske belastninger baseret på brudmekanisk numerisk modeller. For at<br />
validere de udviklede modeller, er der udført komprimerings-forsøg på beskadigede s<strong>and</strong>wichsøjler<br />
og paneler. Brudenergien for dæklag/kerne samlingen i de testede søjler og paneler er målt<br />
og derefter anvendt i finite element modeller til at estimere brudlasten. En god nøjagtighed ved<br />
beregningen af brudlasten tyder på, at de udviklede modeller er anvendelige. I vise tilfælde<br />
afviger simuleringerne af skadede s<strong>and</strong>wichpaneler dog med omkring 46% i forhold til<br />
vi
Change language