WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE PROJEKTOWANIAZABUDOWY POJAZDÓW POŻARNICZYCH

(1)

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE

PROJEKTOWANIA

ZABUDOWY POJAZDÓW POŻARNICZYCH

Paweł Głuszek

^1a

, Jarosław Jurzak

1Wawrzaszek Inżynieria Samochodów Specjalnych Sp. z o.o.

ap.gluszek@wiss.com.pl, ^bj.jurzak

Streszczenie

W artykule przedstawiono informacje

stawiono podstawowe rodzaje zabudów wraz ze sposobami wykonywania obliczeń za pomocą metody elementów skończonych. Podano założenia nowego typu zabudowy.

laminatu. Omówiono rodzaje badań prowadzących do u pracy z elementami aluminiowymi.

niami.

Słowa kluczowe: laminat, kompozyt, cza

THE APPLICATION OF FINITE ELEMENT METHOD IN A DESIGN PROCESS OF A NEW TYPE

OF A SUPERSTRUCTURE FOR FIREFIGHTING VEHICLES

Summary

The article presents information on the currently used materials used in building superstructures.

of superstructures together with the calculation methods with the use of the finite element method were presen ed. Assumptions of a new type of a superstructure were given. Reinforcements used in the laminate construction have been presented. Types of studies carried out to get a model made of laminate material and how they work with aluminum components were discussed. The results of the study were presented and compared with calcul tions.

Keywords: laminate, composite, glued joints,

1. WSTĘP

Większość pojazdów pożarniczych posiada specjalne zabudowy umożliwiające działanie w

kach. W ogólnej klasyfikacji na zabudowy stosowane są trzy podstawowe materiały: stal nierdzewna, stopy aluminium oraz tworzywa sztuczne. Przy ich użyciu tworzone są dwa rodzaje zabudów: szkieletowe (stalowe lub aluminiowe – rys. 1) oraz skorupowe (laminatowe rys. 2). Oba rozwiązania posiadają swoje wady i zalety.

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 2017 nr 63, ISSN 1896-771X

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE

PROJEKTOWANIA NOWEGO TYPU

ZABUDOWY POJAZDÓW POŻARNICZYCH

Jarosław Jurzak

^1b

, Rafał Strzelczyk

Inżynieria Samochodów Specjalnych Sp. z o.o.

jurzak@wiss.com.pl,^cr.strzelczyk@wiss.com.pl,

informacje dotyczące obecnie stosowanych materiałów na zabudowy pożarnicze. Prze stawiono podstawowe rodzaje zabudów wraz ze sposobami wykonywania obliczeń za pomocą metody elementów skończonych. Podano założenia nowego typu zabudowy. Scharakteryzowan0 zbrojenia stosowane w

rodzaje badań prowadzących do uzyskania modelu materiału laminatowego oraz jego wspó Zaprezentowano wyniki przeprowadzonych badań i porównano je z oblicz

kompozyt, połączenie klejone, metoda elementów skończonych

HE APPLICATION OF FINITE ELEMENT METHOD DESIGN PROCESS OF A NEW TYPE

SUPERSTRUCTURE FOR FIREFIGHTING VEHICLES

The article presents information on the currently used materials used in building superstructures.

together with the calculation methods with the use of the finite element method were presen ed. Assumptions of a new type of a superstructure were given. Reinforcements used in the laminate construction

f studies carried out to get a model made of laminate material and how they work with aluminum components were discussed. The results of the study were presented and compared with calcul

glued joints, finite elements method, firetruck superstructure

zych posiada specjalne różnych warun- na zabudowy stosowane są

stal nierdzewna, stopy aluminium oraz tworzywa sztuczne. Przy ich użyciu szkieletowe (stalowe skorupowe (laminatowe – ). Oba rozwiązania posiadają swoje wady i zalety.

Rys. 1. Model CAD zabudowy szkieletowej

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW

ZABUDOWY POJAZDÓW POŻARNICZYCH

, Rafał Strzelczyk

^1c

dotyczące obecnie stosowanych materiałów na zabudowy pożarnicze. Przed- stawiono podstawowe rodzaje zabudów wraz ze sposobami wykonywania obliczeń za pomocą metody elementów

zbrojenia stosowane w konstrukcji zyskania modelu materiału laminatowego oraz jego współ-

porównano je z oblicze-

, metoda elementów skończonych, zabudowa pożarni-

HE APPLICATION OF FINITE ELEMENT METHOD

SUPERSTRUCTURE FOR FIREFIGHTING VEHICLES

The article presents information on the currently used materials used in building superstructures. The basic types together with the calculation methods with the use of the finite element method were presented. Assumptions of a new type of a superstructure were given. Reinforcements used in the laminate construction

f studies carried out to get a model made of laminate material and how they work with aluminum components were discussed. The results of the study were presented and compared with calcula-

, firetruck superstructure

szkieletowej

(2)

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYC

Rys. 2. Model CAD zabudowy laminatowej Zaletami zabudów spawanych są:

• możliwość przenoszenia sił ściskających, rozci gających, gnących,

• prostota konstrukcji,

• możliwość przenoszenia obciążeń punktowych

• krótki czas produkcji (w porównaniu z ko strukcją skorupową).

Ich wady to:

• wysokie naprężenia miejscowe,

• duże wartości odkształceń wywołanych mome tem skręcającym.

Zalety zabudów laminatowych to:

• możliwość przenoszenia obciążeń rozciągaj cych,

• możliwość przenoszenia obciążeń zginających (w przypadku odpowiedniej struktury lamin tu),

• możliwość uzyskania dowolnego kształtu z wnętrznego,

• możliwość zintegrowania zbiornika z konstrukcją zabudowy.

Ich wady to:

• brak możliwości przenoszenia obciążeń punkt wych,

• dłuższy czas tworzenia zabudowy (długi czas utwardzania żywicy).

W celu eliminacji powyższych wad podjęta została próba opracowania nowego typu zabudowy dla pojazdów synergicznie łączącej zalety zabudowy szkieletowej i skorupowej. Rozwiązanie to przewiduje

prostego szkieletu, do którego następnie przyklejane są płyty laminatowe. Ważnym założeniem

no elementy stalowe (lub aluminiowe) jak i

przenosiły obciążenia. Do weryfikacji powyższego zał żenia przewidziano zastosowanie metody elementów skończonych.

2. OBLICZENIA TRADYCYJ NYCH ZABUDÓW METODĄ ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

W początkowej fazie obliczeń zabudowa o konstrukcji szkieletowej w uproszczony sposób może być potrakt wana jako konstrukcja belkowa (elementy 1

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE PROJEKTOWANIA

możliwość przenoszenia sił ściskających, rozcią-

możliwość przenoszenia obciążeń punktowych, cji (w porównaniu z kon-

duże wartości odkształceń wywołanych momen-

możliwość przenoszenia obciążeń rozciągają-

obciążeń zginających (w przypadku odpowiedniej struktury lamina-

możliwość uzyskania dowolnego kształtu ze-

możliwość zintegrowania zbiornika na wodę

brak możliwości przenoszenia obciążeń punkto-

y czas tworzenia zabudowy (długi czas

W celu eliminacji powyższych wad podjęta została próba nowego typu zabudowy dla pojazdów, zalety zabudowy szkieletowej . Rozwiązanie to przewiduje zastosowanie do którego następnie przyklejane są jest, aby zarów- jak i laminatowe powyższego zało- ie metody elementów

OBLICZENIA TRADYCYJ- NYCH ZABUDÓW METODĄ ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

W początkowej fazie obliczeń zabudowa o konstrukcji w uproszczony sposób może być potrakto- wana jako konstrukcja belkowa (elementy 1D) – rys. 3.

Rys. 3. Odkształcenie zabudowy pojazdu pożarniczego prze stawione za pomocą elementów belkowych

W trakcie bardziej szczegółowych obliczeń jest model bryłowy (3D). Odkształcenia z skorupowej obliczane są za pomoc

jącego modele powierzchniowe (2

przypadkach zakładany jest taki sam sposób przyłożenia sił.

Rys. 4. Naprężenia w zabudowie spawanej pojazdu pożarniczego przedstawione za pomocą elementów bryłowych

3. OBLICZENIA ZABUDOWY HYBRYDOWEJ

Ze względu na całkiem nowe podeście do konstrukcji zabudowy konieczne stało się przeprowadzenie badań oraz obliczeń. Wyróżnione zostały trzy podstawowe rodzaje badań:

• badanie materiałów laminatowych

• badanie połączeń klejonych aluminiowy,

• badanie całej zabudowy.

3.1 MODELOWANIE STRUKTURY LAMINATOWEJ

Laminat składa się z dwóch podstawowych elementów tj. żywicy (osnowy) oraz składnika wzmacniającego (zbrojenia). Wytrzymałość na ściskanie

łącznie osnowa (poza przypadkami sztywnego zbrojenia), natomiast wytrzymałość na rozciąganie determinuje rodzaj oraz układ zbrojenia [9]

stosować wypełniacz w postaci pianki, który zwiększa sztywność oraz zmniejsza masę laminatu

H W PROCESIE PROJEKTOWANIA (…)

Rys. 3. Odkształcenie zabudowy pojazdu pożarniczego przedstawione za pomocą elementów belkowych

W trakcie bardziej szczegółowych obliczeń stosowany Odkształcenia zabudowy pomocą modelu wykorzystu- dele powierzchniowe (2D) – rys. 4. W obu przypadkach zakładany jest taki sam sposób przyłożenia

Rys. 4. Naprężenia w zabudowie spawanej pojazdu pożarniczego przedstawione za pomocą elementów bryłowych

OBLICZENIA ZABUDOWY

Ze względu na całkiem nowe podeście do konstrukcji zabudowy konieczne stało się przeprowadzenie badań oraz obliczeń. Wyróżnione zostały trzy podstawowe

badanie materiałów laminatowych,

badanie połączeń klejonych: laminat – profil

.

MODELOWANIE STRUKTURY

Laminat składa się z dwóch podstawowych elementów, tj. żywicy (osnowy) oraz składnika wzmacniającego na ściskanie zapewnia wy- (poza przypadkami sztywnego zbrojenia), natomiast wytrzymałość na rozciąganie determinuje [9]. Dodatkowo można stosować wypełniacz w postaci pianki, który zwiększa sztywność oraz zmniejsza masę laminatu (rys. 5).

(3)

Paweł Głuszek, Jarosław Jurzak, Rafał Strzelczyk

Rys. 5. Przekrój laminatu w układzie dwie warstwy + pianka poliuretanowa + dwie warstwy

Model opracowano w programie Autodesk Inventor 2016 z nakładką Nastran-In-CAD ze względu na jego specja ny moduł do tworzenia modeli wielowarstwowych.

Modelowanie rozpoczęło się od utworzenia materiału na podstawie danych uzyskanych z badań. Rozpatrywany poniżej przypadek dotyczy laminatu składającego się z dziewięciu warstw tkaniny quadaxial

wa – rys. 6) z zastosowaną żywicą winyloestrow rys. 6. widać, że kolejne warstwy odwrócone są wzgl dem siebie o 45°.

Rys. 6. Tkanina quadaxial

Europejskie normy PN-EN ISO 2818 oraz PN 20753 regulują sposób wykonania próbek wytrzymałościowych (rys. 7), natomiast normy PN ISO 527-4 i PN-EN ISO 14125 określają przebieg pró rozciągania oraz zginania.

Rys. 7. Próbki laminatów o różnych strukturach przygotowane do badań

Przekrój laminatu w układzie dwie warstwy + pianka

w programie Autodesk Inventor 2016 CAD ze względu na jego specjal- ny moduł do tworzenia modeli wielowarstwowych.

Modelowanie rozpoczęło się od utworzenia materiału na badań. Rozpatrywany poniżej przypadek dotyczy laminatu składającego się axial (czterokierunko- z zastosowaną żywicą winyloestrową. Na widać, że kolejne warstwy odwrócone są wzglę-

EN ISO 2818 oraz PN-EN ISO 20753 regulują sposób wykonania próbek do badań , natomiast normy PN-EN EN ISO 14125 określają przebieg prób

. Próbki laminatów o różnych strukturach przygotowane

Rys. 8. pokazuje przykładowe rodzaje zniszczeń próbek po statycznym rozciąganiu.

Rys. 8. Wybrane próbki laminatów po próbach rozciągania Wyniki badań wytrzymałości mechanicznej stanowiły dane wejściowe do wykonania obliczeń wytrzymałości wych. Przykładowe okno dialogowe do wprowadzenia tych danych do oprogramowania Nastran pokazano na rys. 9.

Rys. 9. Karta danych materiałowych Inventor Nastran-in-CAD

W karcie materiałowej wprowadza się m.in. następujące przykładowe dane dla jednej z przygotowanych i prz badanych próbek laminatowych:

• E1 – moduł Younga dla próbki o układzie tk niny 0°: 12160 MPa,

• E2 – moduł Younga dla 90°: 18190 MPa,

• G12 – moduł Kirchhoffa dla próbk tkaniny 90°: 5170 MPa,

• G2Z – moduł Kirchhoffa dla próbki tkaniny 22,5°: 6490 MPa,

• G1Z – moduł Kirchhoffa dla próbki o układzie tkaniny 0°: 6300 MPa.

Dopuszczalne granice na rozciąganie także zostały wprowadzone na podstawie wyników b

• Xt – wytrzymałość na rozciągan tkaniny 90°: 308 MPa,

pokazuje przykładowe rodzaje zniszczeń próbek

laminatów po próbach rozciągania Wyniki badań wytrzymałości mechanicznej stanowiły dane wejściowe do wykonania obliczeń wytrzymałościo- wych. Przykładowe okno dialogowe do wprowadzenia tych danych do oprogramowania Nastran pokazano na

w programie Autodesk

wprowadza się m.in. następujące przykładowe dane dla jednej z przygotowanych i prze-

dla próbki o układzie tka-

moduł Younga dla próbki odwróconej o

offa dla próbki o układzie

offa dla próbki o układzie tkaniny 22,5°: 6490 MPa,

offa dla próbki o układzie

Dopuszczalne granice na rozciąganie także zostały wprowadzone na podstawie wyników badań (rys. 10):

wytrzymałość na rozciąganie dla układu

(4)

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE PROJEKTOWANIA (…)

• Yt – wytrzymałość na rozciąganie dla układu tkaniny 0°: 297 MPa,

• S - Xt – wytrzymałość na rozciąganie dla ukła- du tkaniny 22,5°: 281 MPa.

Rys. 10. Karta danych dla przykładowego laminatu w programie Autodesk Inventor Nastran-in-CAD

Warstwowy układ włókien laminatu został zamodelowa- ny za pomocą okna laminatu. Każda z dziewięciu

warstw składa się z czterech kolejnych warstw jednokie- runkowych odwróconych kolejno o 0°, 45°, 90°, 135°

względem siebie. W związku z tym na wykazie warstw znalazło się aż 36 warstw. Grubość pojedynczej warstwy została określona na podstawie pomiaru całkowitej grubości próbki przy założeniu jednolitej grubości wszystkich warstw.

3.2 ROZCIĄGANIE MATERIAŁU LAMINATOWEGO

Model próbki rozciąganej wykonany został jako model powierzchniowy (shell). Jego powierzchnię podzielono na trzy części odpowiadające różnemu oddziaływaniu sił.

Pierwszy obszar odpowiada tej części próbki, która znajduje się w nieruchomych szczękach maszyny wy- trzymałościowej. Zostały tu odebrane wszystkie stopnie swobody. Przeciwległy obszar odpowiada próbce znajdu- jącej się w ruchomych szczękach maszyny. Odebrane zostały wszystkie stopnie swobody poza przesuwem wzdłuż osi wzdłużnej próbki. Ostatni – wewnętrzny obszar – to pracująca część próbki. Wyniki przedstawiono w tabeli 1 i na rys. 11.

Tab. 1. Zestawienie wyników badań oraz obliczeń dla próby rozciągania

Lp. Obciążenie, N

Badania Obliczenia

Błąd względny, Wydłużenie na %

50 mm w mm

Odkształcenie,

%

Wydłużenie, mm

Odkształcenie,

%

1. 2500 0,0506 0,1012 0,2328 0,1164 15

2. 6400 0,143 0,284 0,596 0,298 4,9

3. 10000 0,234 0,468 0,9313 0,466 0,4

4. 18000 0,473 0,946 1,676 0,838 11

5. 30000 0,889 1,778 2,794 1,397 21

Rys. 11. Odkształcenie próbki rozciąganej na podstawie wyników badań oraz obliczeń 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

2500 6400 10000 18000 30000

Odkształcenie, %

Siła rozciągająca, N

Wyniki badań Wyniki obliczeń Błąd względny

(5)

W celu eliminacji błędów, takich jak np. odkształcenie maszyny czy poślizg próbki w szczękach, wydłużenie mierzone było zarówno na podstawie przesunięcia głowi- cy jak również za pomocą ekstensometru zainstalowane- go na pracującym odcinku próbki. Początkowy obszar obejmowany przez przyrząd obejmował długość 50 mm.

Z tego powodu w tabeli 1 widoczne są znaczne różnice pomiędzy wydłużeniem zmierzonym a obliczonym.

Wydłużenie otrzymane z obliczeń dotyczy długości całej próbki, w związku z czym konieczne jest jej przeliczenie na bezwymiarową wielkość, jaką jest odkształcenie.

Analiza wykresu (rys. 11) pokazuje, że wyniki obliczeń oraz badań są zbieżne w zakresie do około 10 kN, natomiast po przekroczeniu tego zakresu obliczenia wskazują mniejsze wartości odkształceń. Można wysunąć wniosek, że w tym zakresie zaczynają się pojawiać pierwsze procesy niszczące wewnątrz materiału, czyli pękanie włókien lub rozwarstwianie (delaminacja).

3.3 ZGINANIE MATERIAŁÓW LAMINATOWYCH

Laminat został poddany próbie zginania według PN- EN ISO 14125 opisanym jako badanie wykonane meto- dą B czyli w układzie czteropunktowym (rys. 12).

Rys. 12. Zamodelowane zginanie w układzie czteropunktowym

Do tych badań została wybrana próbka laminatu zbu- dowana z pięciu warstw: dwie warstwy tkaniny czterokierunkowej, pianka poliuretanowa oraz dwie warstwy tkaniny czterokierunkowej. W procesie modelowania ponownie użyto modelu powierzchniowego oraz modułu do tworzenia laminatów. Podobnie jak w przypadku modelowania, rozciągana powierzchnia modelu została podzielona na pięć obszarów. Obciążenie przyłożone zostało do dwóch wewnętrznych krawędzi (pionowe w dół). Podpory zostały umiejscowione w zewnętrznych krawędziach. Pozostawiono możliwość obrotu próbki względem poziomej osi prostopadłej do płaszczyzny symetrii oraz (tylko w jednej podporze) możliwość przesuwu względem osi symetrii próbki. Niesymetryczne modelowanie podpór jest niezgodne z faktycznymi warunkami próby, jednak jest konieczne ze względu na odebranie wszystkich stopni swobody (rys. 13).

Rys. 13. Próbka laminatu zginana w układzie czteropunktowym na maszynie wytrzymałościowej

W tabeli 2 pokazano wyniki próby zginania dla wybranej struktury kompozytowej. Na rys. 14 pokazano w postaci wykresu wyniki z tabeli 2.

Tab. 2. Zestawienie wyników badań oraz obliczeń dla próby zginania dla wybranej struktury kompozytowej

Obciążenie, N

Odkształcenie na podstawie badań,

mm

Odkształcenie na podstawie obliczeń,

mm

Błąd bezwzględny,

mm Błąd względny, %

100 1,188 1,422 0,234 19,7

200 2,628 2,842 0,216 8,14

300 4,141 4,262 0,121 2,9

400 5,697 5,679 0,018 0,3

500 6,182 7,092 0,91 14,7

Otrzymane wyniki są liniowe i dla zakresu do 400 N pokrywają się z wynikami badań. Poza tym zakresem, tak jak w poprzednim wypadku, zaczynają pojawiać wewnętrzne procesy niszczące (pękanie, delaminacja).

(6)

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE PROJEKTOWANIA (…)

Rys. 14. Odkształcenie próbki zginanej na podstawie wyników badań oraz obliczeń

3.4 ZGINANIE POŁĄCZEŃ KLEJONYCH

Uzyskanie trwałego połączenia laminat – aluminium wymaga zastosowania klejów odpornych na warunki atmosferyczne, wodę oraz obciążenie zmęczeniowe.

W badaniach zastosowane były kleje bazujące na żywicy winyloestrowej, dwuskładnikowe kleje meta- krylowe oraz wykorzystujące uretan akrylu. Kleje te posiadają wytrzymałość na rozciąganie od ~9 do 25 MPa [5, 6, 7]. Wadą tych klejów jest konieczność bardzo dobrego przygotowania powierzchni przed rozpoczęciem pracy. Przygotowanie powierzchni dotyczy zwłaszcza jej „schropowacenia” oraz odtłusz- czenia [8].

Klej, w którym wykorzystano żywicę winyloestrową, posiada niewielką elastyczność (~3,5%) oraz odznacza się najniższą wytrzymałością na ścinanie. Jak wyka- zały badania, im sztywniejszy klej, tym większe naprężenia przekazywane są pomiędzy elementami.

Pozostałe spośród badanych klejów wykazują wyższą elastyczność (od najczęstszej wartości rzędu 100 – 125% do sporadycznie raz otrzymanej wartości 650%) oraz wytrzymałość na rozciąganie do 25 MPa.

W celu dobrego zamodelowania połączenia klejonego laminat – aluminium, wykonany został wcześniej model profilu, a następnie wyniki zweryfikowano z badaniami. Obliczenia samego profilu można wykonać jako obliczenia belki bez wsparcia MES. W ten sposób uzyskano trzy zestawy wyników: z badań, z obliczeń w programie Autocad Mechanical (jako belka o zadeklarowanym przekroju) oraz z programu Inventor Nastran-in-CAD (MES). Wyniki zebrano w tabeli 3.

Tab. 3. Zastawienie wyników badań oraz obliczeń dla próby zginania profilu aluminiowego

Siła, N

Odkształcenie, mm Badania Nastran

(MES)

Autocad (belka)

1840 4,66 3,54 3,76

3067 7,11 5,89 6,28

4344 10,08 8,34 8,89

4908 11,58 9,43 10,04

5350 13,14 10,28 10,95

5460 13,71 10,49 11,17

Wyniki z tabeli 3 przedstawiono na rys. 15. Wyniki te pokazują, że obliczenia przeprowadzone dwoma różnymi metodami są bardzo zbliżone, a różnice między nimi wynikać mogą z pewnego stopnia uproszczenia. Wyniki otrzymane z badań są natomiast przesunięte w zakres wyższych odkształceń oraz w końcowym zakresie odbiegają od przebiegu liniowe- go. Pierwszy z tych objawów spowodowany jest kasowaniem luzów na maszynie, natomiast drugi – przekroczeniem granicy plastyczności (przecięcie się linii przerywanych na rys. 15).

Próba zginania w układzie trójpunktowym została wykonana dla próbki zbudowanej z profilu aluminiowego oraz przyklejonej do niego warstwy laminatu.

Badanie prowadzono do momentu utraty stateczności profilu, co najczęściej związane było z pęknięciem warstwy laminatowej. Otrzymany na tej podstawie wykres siła – odkształcenie ma charakter liniowy z niewielkim odchyleniem powyżej 4000 N.

Dla próby zginania laminatu przyklejonego zamode- lowany został nowy materiał, dla którego wykorzystano charakterystykę naprężenie – odkształcenie - otrzymaną z badań (rys. 16).

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8

100 200 300 400 500

Błąd względny, %

Odkształcenie, mm

Siła gnąca, N

Badania Obliczenia Błąd względny

(7)

Rys. 15. Odkształcenie profilu zginanego na podstawie badań oraz obliczeń wraz z uwzględnieniem naprężeń w materiale oraz granicą plastyczności

Rys. 16. Charakterystyka naprężenia – odkształcenia dla laminatu z tkaniną dwukierunkową

W tabeli 4 pokazano wyniki badań oraz obliczeń dla próby zginania profilu aluminiowego z przyklejoną warstwą laminatu. Podobnie jak w przypadku zginania samego profilu aluminiowego, na początku badania występuje kasowanie luzów maszyny, co widoczne jest na wykresie w postaci wysokiej wartości błędu względnego, który dla większych zakresów obciążeń stabilizuje się na poziomie około 13%.

Rys. 17. Odkształcenia modelu profilu giętego w układzie trójpunktowym

Tab. 4. Zastawienie wyników badań oraz obliczeń dla próby zginania profilu aluminiowego z przyklejoną warstwą laminatu

Siła, N

Odkształcenie z badań,

mm

Odkształcenie z obliczeń,

mm

Błąd względny,

%

172 0,52 0,3 42,3

1497 3,13 2,59 17,2

3068 6,1 5,31 12

4296 8,61 7,43 13

4860 9,67 8,41 13

5277 10,64 9,13 14

Na rys. 18 pokazano wyniki badań z tabeli 4.

0 50 100 150 200 250

0 2 4 6 8 10 12 14 16

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

Naprężęnia, MPa

Odkształcenie, mm

Siła, N

Odkształcenia (badania) [mm] Odkształcenia (obliczenia Nastran) [mm]

Odkształcenie (obliczenia Autocad) [mm] Naprężenia [MPa]

Granica plastyczności [MPa]

(8)

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYC

Rys. 18. Odkształcenie profilu z przyklejoną warstwą

4. PODSUMOWANIE

Uzyskane wyniki badań oraz zamodelowane pozwalają na utworzenie modelu kompletnej zabud wy, na której możliwe jest określenie naprężeń wyst pujących w trakcie normalnej eksploatacji pojazdu, a także w sytuacjach awaryjnych, takich jak kolizja czy też wywrócenie pojazdu.

Jako dane porównawcze należy zastosować informacje uzyskane z badań drogowych, gdzie wartości

Literatura

1. PN-EN ISO 2818. Tworzywa sztuczne 2. PN-EN ISO 20753. Tworzywa sztuczne 3. PN-EN ISO 527-4. Tworzywa sztuczne

Warunki badań kompozytów tworzywowych izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknami.

4. PN-EN ISO 14125. Kompozyty tworzywowe wzmocnione włóknem 5. Karta katalogowa kleju Crestomer 1152PA.

crestomer-en-may14.pdf

6. Karta katalogowa kleju Sikaflex fix uszczelniajacy/

7. Karta katalogowa kleju Oldopal VE Bonding Paste 0110 f734-43b1-8f5f-

256eb54b20e9/Bonding+Pastes.pdf?MOD=AJPERES&CACHEID=ROOT 8f5f-256eb54b20e9

8. Godzimirski J., Komorek A., Rośkowicz M., Smal T., Tkaczuk S.: Tworzywa adhezyjne wach sprzętu technicznego. Warszawa:

9. Ochelski S.: Metody doświadczalne mechaniki kompozytów kons

Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska.

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl 0

2 4 6 8 10 12

0 1000

Odkształcenie, mm

Odkształcenie (badania), mm

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE PROJEKTOWANIA

. Odkształcenie profilu z przyklejoną warstwą laminatu zginanego w układzie trzypunktowym

zamodelowane materiały pozwalają na utworzenie modelu kompletnej zabudo-

naprężeń wystę- normalnej eksploatacji pojazdu,

takich jak kolizja

e porównawcze należy zastosować informacje wartości naprę-

żeń występujące w newralgicznych punktach dzone są za pomocą tensometrów.

Wszystkie badania, obliczenia, modelowania, proje towanie jak i wdrożenie do praktyki produkcyjnej wykonano w ramach projektu POIG.01.04.00 117/13 pt. „Opracowanie i wdrożenie hybrydowej technologii produkcji pojazdów s

nansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, zrealizowanego w latach 2014

EN ISO 2818. Tworzywa sztuczne – Przygotowanie próbek do badań metodą obróbki mechanicznej Tworzywa sztuczne – Kształtki do badań

Tworzywa sztuczne – Oznaczenie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu Warunki badań kompozytów tworzywowych izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknami.

yty tworzywowe wzmocnione włóknem – oznaczanie właściwości przy zginaniu.

Karta katalogowa kleju Crestomer 1152PA. http://www.scottbader.com/uploads/files/5671_crestomer

ta katalogowa kleju Sikaflex fix http://sikaflex.chemall.com.pl/produkty/sikaflex

Karta katalogowa kleju Oldopal VE Bonding Paste 0110 https://www.buefa.de/wps/wcm/connect/869b168e

256eb54b20e9/Bonding+Pastes.pdf?MOD=AJPERES&CACHEID=ROOTWORKSPACE869b168e

Godzimirski J., Komorek A., Rośkowicz M., Smal T., Tkaczuk S.: Tworzywa adhezyjne: z Warszawa: WNT, 2010.

Ochelski S.: Metody doświadczalne mechaniki kompozytów konstrukcyjnych. Warszawa: WNT,

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl

2000 3000 4000 5000

Obciążenie, N

badania nastran błąd Błąd względny, %

Odkształcenie (badania), mm Odkształcenie (obliczenia), mm

H W PROCESIE PROJEKTOWANIA (…)

występujące w newralgicznych punktach groma- są za pomocą tensometrów.

Wszystkie badania, obliczenia, modelowania, projek- towanie jak i wdrożenie do praktyki produkcyjnej

w ramach projektu POIG.01.04.00-24- 117/13 pt. „Opracowanie i wdrożenie hybrydowej technologii produkcji pojazdów specjalnych” współfi- nansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, zrealizowanego w latach 2014-2015.

Przygotowanie próbek do badań metodą obróbki mechanicznej

Oznaczenie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu – Warunki badań kompozytów tworzywowych izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknami.

oznaczanie właściwości przy zginaniu.

http://www.scottbader.com/uploads/files/5671_crestomer-1152pa-

http://sikaflex.chemall.com.pl/produkty/sikaflex-fix-uniwersalny-klej-

https://www.buefa.de/wps/wcm/connect/869b168e-

WORKSPACE869b168e-f734-43b1-

: zastosowanie w napra-

WNT, 2004.

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

6000

Błąd wględny, %

Błąd względny, %