Identifikace a lokalizace rázové síly na kompozitové struktuře

Ing. Jan BARTOŠEK

Doctoral thesis

Abstract:

Disertační práce se zabývá řešením problému lokalizace a rekonstrukce rázové síly na kompozitové struktuře vyztužené dlouhými vlákny. Polymerní kompozity se v posledních letech stále častěji uplatňují v důležitých konstrukcích, například v primární konstrukci dopravních letadel. Při porušování kompozitních materiálů se může uplatnit celá řada mechanismů porušování. Jedním z nich je vznik delaminace při rázu kolmém k povrchu laminátu. Vzniklá vada je často ukryta uvnitř materiálu a tedy obtížně zjistitelná vizuální kontrolou. Proto vznikají nové principy monitorování konstrukcí, jejichž součástí je řešení problému identifikace rázového zatížení. Vybraná metoda identifikace byla použita na nosníkové struktuře, kde byly zhodnoceny metody regularizace a byl navržen algoritmus pro řešení problému lokalizace. Byla provedena identifikace na vetknutém kompozitovém nosníku s~dobrou shodou identifikovaných a skutečných veličin. Dále byl vytvořen numerický model pro identifikaci rázových veličin. Možnost identifikace na vibrující struktuře byla vyhodnocena provedením identifikace na sendvičovém nosníku buzeném pomocí piezoelektrického měniče. Metoda byla rozšířena na skořepinovou strukturu. Nejprve byla provedena identifikace na zavěšené kompozitové desce. Dále byla provedena rekonstrukce rázové síly při vyšších energiích rázů na podepřené desce s dobrou shodou až do výrazného porušení desky. Nakonec, byla metoda identifikace aplikována na složitější geometrii kompozitového segmentu křídla, ke kterému byl sestaven odpovídající numerický model. Pomocí numerického modelu bylo optimalizováno rozložení senzorů na konstrukci a byly porovnány výsledky identifikace pro zvolené a optimalizované rozložení senzorů.

Abstract:

This dissertation thesis is aimed at the problem of impact force localization and reconstruction on composite structure reinforced by continuous fibers. Polymer composites are currently applied in important structures like primary structure of airliners. There are many failure mechanisms of composite materials and one of them is delamination caused by impact in perpendicular direction to laminate surface. Induced failure is usually hidden inside the material and so it can be hardly detectable by visual inspection. Therefore, new principles of structural health monitoring are developed and the problem of impact identification is solved within. Selected identification method was applied on beam structure and regularization methods were evaluated. Algorithm for solving localization problem was designed. Identification on clamped beam was performed with good agreement of identified and actual quantities. Furthermore, numerical model was assembled and additional impact quantities were identified. Possibility of identification on vibrant structure was studied on sandwich beam, which was loaded by piezoelectric transducer. The identification method was extended to shell structures. First, the identification was performed on suspended composite plate. Moreover, impact force reconstruction for higher energy impacts was performed on another supported plate with good results up to significant plate failure. Finally, the identification method was applied on complex structure of airfoil segment and corresponding numerical model was assembled. The numerical model was used to optimize the sensor layout and the identification results for original sensor layout were compared with results for optimized layout.

Keywords

kompozitní materiály, inverzní problém, rekonstrukce síly, lokalizace, rázová síla, experimentální měření, numerické simulace, metoda konečných prvků

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 5. 2016

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Applied Mechanics