ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych (w tym materiały typu GLARE)

ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w

aplikacjach lotniczych (w tym materiały typu GLARE)

Lider merytorycznyDr hab. Barbara Surowska

Instytucje partnerskie w zadaniuPolitechnika Lubelska, Politechnika Rzeszowska, Politechnika

Śląska, Instytut Lotnictwa, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW 28 – 29 Czerwca 2010 r.UNIA EUROPEJSKA

EUROPEJSKI FUNDUSZROZWOJU REGIONALNEGO

I i II kwartał 2010

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych


UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Politechnika Śląska: Odlewy szkieletowe Zakres przeprowadzonych badań:Opracowanie modelu odlewu szkieletowego o łącznikach ułożonych prostopadle do ścianOkreślenie rozkładu naprężeń dla modelu komórek elementarnychWykonanie próbnych odlewów szkieletowych oraz kompozytów

Kompozyty umacniane cząstkami Zakres przeprowadzonych badań:Określenie warunków wprowadzenia cząstek zbrojących metodą mechanicznego mieszania (temperatura procesu, prędkość wirowania, rodzaj atmosfery ochronnej,Określenie warunków homogenizacji i odgazowania zawiesiny (temperatura procesu, prędkość wirowania, ciśnienie atmosfery ochronnej, czas homogenizacji) Wytworzenie kompozytów na bazie stopu Al-Si-Mg, zawierających cząstki homo i heterofazowe, technologią odlewniczą cząstki SiC, cząstki węgla szklistego oraz mieszaninę cząstek SiC i węgla szklistego





Potwierdzono korzystne właściwości mechaniczne odlewów szkieletowych, w których cała struktura przejmuje reakcję na obciążenie siłą skupioną.

Na przykładzie kompozytów z polimerem siarkowym potwierdzono korzystne właściwości mechaniczne i mikrostrukturalne kompozytów wytworzonych ze zbrojeniem szkieletowym.

Przeanalizowano możliwości kształtowania dyfuzji, morfologii i segregacji cermetalowych komponentów wzmacniających w kompozytach przeznaczonych do wytwarzania szkieletów

Potwierdzono możliwość wytwarzania szkieletów tradycyjnymi technikami odlewniczymi.

Porównując strukturę kompozytów zbrojonych cząstkami wytworzonych tradycyjną metodą mechanicznego mieszania ze strukturą odlewów wytworzonych z zastosowaniem techniki próżniowej stwierdzono znaczne podwyższenie lejności, a utworzona po zakrzepnięciu struktura pozbawiona jest porowatości.





Politechnika Lubelska:Wytworzono płyty kompozytowe kevlarowo-epoksydowe i hybrydowo-epoksydowe metodą autoklawową w warunkach przemysłowych w celu wyznaczenia parametrów wytrzymałościowych niezbędnych do analizy MES – uzyskano wysoką jakość wykonania.Badania wytrzymałościowe wytworzonych materiałów kompozytowych w temperaturach normalnych pozwoliły na uzyskanie niezbędnych parametrów materiałowych oraz materiału fraktograficznego do jakościowej i ilościowej analizy pękania.Wykonano numeryczną analizę właściwości wytrzymałościowych laminatów szklano- i węglowo-epoksydowych o różnych ułożeniach warstw jako I etap analizy MES laminatów typu GLARE.





Politechnika Lubelska:Obserwacje na mikroskopie metalograficznym oraz mikrotomografie komputerowym pozwoliły na jakościową i ilościową ocenę stanu materiałów doświadczalnych.Ponadto metodą mikrotomografii komputerowej wykonano analizę 3D piany ceramicznej dla zespołu z PRz oraz sprawdzono możliwości urządzenia i opracowano metodykę badań na elementach struktur lotniczych otrzymanych w ramach współpracy z PZL Świdnik SA.





Politechnika RzeszowskaKompozyty o osnowie ceramicznej:Zakres przeprowadzonych badań:

Wyznaczenie rozkładu średnic zastępczych komórek w spienionej ceramice korundowej.

Opracowanie metodyki i wykonanie korundowych pianek do badań przewodnictwa cieplnego. Badania przewodnictwa cieplnego spienionej ceramiki korundowej.

Wyznaczenie twardości i ścieralności kompozytów AlCu5/Al2O3.

Pianki korundowe o porowatości 90% oraz 86% charakteryzują się małymi wartościami przewodnictwa cieplnego w badanym zakresie temperatury (25 – 600oC), co predysponuje te materiały do zastosowań w lekkich izolacjach termicznych w lotnictwie.

Przeprowadzone badania mikrostruktury metodą mikrotomografii komputerowej wykazały, że możliwe jest otrzymanie dobrej jakości przekrojów 2D preformów korundowych, z których obliczono rozkład grubości ścianek pianki. Uzyskano także, dobrej jakości obrazy rekonstrukcji przestrzennej (3D).





Ceramiczne materiały na ogniwa paliwowe: W ramach badania technologii wytwarzania elementów ogniwa paliwowego

na podłożu anodowym zastosowano nową metodę formowania podłoży jaką jest prasowanie termoplastyczne.

Dzięki metodzie prasowania termoplastycznego otrzymano płaskie podłoża anodowe o wysokiej porowatości. Ponadto metoda ta pozwala na wytwarzanie wytrzymałych podłoży w szerokim zakresie porowatości.

W porównaniu do metody odlewania folii metoda ta pozwala na użycie niewielkiej ilości materiałów przeznaczonych do prób oraz czas ich przygotowania jest znacznie krótszy.





ITWL: Wykonano diagnostykę próbek badaniami nieniszczącymi z

wykorzystaniem nowoczesnych systemów badawczych metodami: Termografii impulsowej; Bond Testing; Metodą ultradźwiękową

Określono możliwości diagnostyczne poszczególnych technik badawczych do wykrywania wybranych typów uszkodzeń kompozytów włóknistych;

Porównano wyniki uzyskane poszczególnymi metodami.

Dane do wskaźników realizacji celów projektu

• Referaty1. Dębski H.: Przykłady modelowania MES cienkościennych struktur kompozytowych stosowanych

w konstrukcjach lotniczych, X Konferencja Naukowo – Techniczna „Polimery i kompozyty konstrukcyjne” Wisła, 17 - 21 maj 2010, Polska

2. Bieniaś J., Surowska B.: Wytwarzanie, mikrostruktura oraz wybrane właściwości struktur kompozytowych, X Konferencja Naukowo – Techniczna „Polimery i kompozyty konstrukcyjne” Wisła, 17 - 21 maj 2010, Polska

3. Bieniaś J., Surowska B., Ostapiuk M., Beer K.: Identyfikacja nieciągłości w laminatach lotniczych z wykorzystaniem mikrotomografii komputerowej, X Konferencja Naukowo – Techniczna „Polimery i kompozyty konstrukcyjne” Wisła, 17 - 21 maj 2010, Polska

4. Surowska B., Bieniaś J.: The quality inspection of a smart composite structure, ECCM-14 - 14th European Conference on Composite Materials, 7-10 June 2010, Budapest Hungary

5. Dębski H.: Numerical FEM analysis of aviation load carrying capacity structure constructed from composite materials, ECCM-14 - 14th European Conference on Composite Materials, 7-10 June 2010, Budapest Hungary

6. Bieniaś J., Ostapiuk M., Surowska B.: Fatigue behaviour of carbon/epoxy composite, ECCM-14 - 14th European Conference on Composite Materials, 7-10 June 2010, Budapest Hungary

7. Dragan K. , Lisiecki J., Klimaszewski S.: Impact damage identification in the composite aerospace elements with the use NDT and SHM approach, 5th International Conference - Supply on the Wings, 2 – 4 November 2010 Frankfurt, Germany (accepted).





• Referaty c.d.8. Kluczowski R., Krauz M., Śliwa R.E.: Methods of preparation of elements of solid oxide fuel cells

SOFC, European Conference on Materials and Structures in Aerospace EUCOMAS 2010, 7-8 June 2010 Berlin, Germany

9. Potoczek M., Śliwa R. E.: Processing of Al2O3 preforms by gelcasting of foams and their liquid light metal infiltration, European Conference on Materials and Structures in Aerospace ECOMAS, June 7-8, 2010, Berlin, Germany

10. Potoczek M., Śliwa R. E.: Ceramic foams as thermal conductivity insulations and preforms for metal-ceramics interpenetrating composites for aerospace applications, 5-th International Conference “Supply on the Wings”, November 2-4, 2010, Frankfurt Germany (accepted).

11. Cholewa M., Scelina D.: Temiczna analiza derywacyjna polimerów siarkowych w zastosowaniu do kompozytów ze szkieletowym zbrojeniem AlSiX, X Konferencja Naukowo – Techniczna „Polimery i kompozyty konstrukcyjne” Wisła, 17 - 21 maj 2010, Polska

12. Nowakowski S., Cholewa M., Wróbel P.: Kompozyty zbrojone fazami międzymetalicznymi z azotem i węglem, VI Seminarium SKN „Sferoid” 2010

13. Pikos Ł., Cholewa M., Szuter T.: Dobór geometrii odlewów szkieletowych w oparciu o symulacje stanu naprężeń, VI Seminarium SKN „Sferoid” 2010

14. Cholewa M., Szuter T.: Selection of skeleton castings geometry based on mechanical 3D analysis, 47th Foundry Days, 7th International PhD Foundry Conference, 2010, Brno








• Publikacje1. Bieniaś J., Dębski H.: Numeryczna analiza tarcz kompozytowych zbrojonych włóknami

szklanymi i węglowymi w warunkach złożonego stanu obciążenia, Kompozyty, nr 2/2010, str. 127÷132, 2010

2. Dębski H., Bieniaś J.: Numeryczne modelowanie właściwości struktur kompozytowych na przykładzie fragmentu łopaty śmigłowca, Kompozyty, nr 2/2010, str. 170÷174, 2010

3. Dębski H., Bieniaś J.: Finite numerical analysis of composite structure under complex loading conditions – optimal ply design of laminate, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol.17, No 1/2010,

4. Kopecki T., Dębski H.: Stan zakrytycznej deformacji wielosegmentowej, wielopodłużnicowej konstrukcji cienkościennej poddanej skręcaniu. Badania eksperymentalne oraz nieliniowa analiza numeryczna, Acta Mechanica and Automatica, vol.4, no 1(2010), w druku

5. Surowska B., Bieniaś J.: Wytwarzanie wielowarstwowych struktur kompozytowych metodą autoklawową, Kompozyty, 10: 2/2010, str. 121-126, 2010

6. Dębski H.: Przykłady modelowania MES cienkościennych struktur kompozytowych stosowanych w konstrukcjach lotniczych, Polimery i kompozyty konstrukcyjne, monografia [red] G. Wróbel, Cieszyn 2010, str.100÷101

7. Bieniaś J., Surowska B.: Wytwarzanie, mikrostruktura oraz wybrane właściwości struktur kompozytowych, Polimery i kompozyty konstrukcyjne, monografia [red] G. Wróbel, Cieszyn 2010, 22-23





• Publikacje – c.d.8. Bieniaś J., Surowska B., Ostapiuk M., Beer K.: Identyfikacja nieciągłości w laminatach

lotniczych z wykorzystaniem mikrotomografii komputerowej, Polimery i kompozyty konstrukcyjne, monografia [red] G. Wróbel, Cieszyn 2010, 404-405

9. Surowska B., Bieniaś J.: The quality inspection of a smart composite structure, Proceedings of ECCM-14 - 14th European Conference on Composite Materials, Budapest July 2010, no. 156

10.Dębski H.: Numerical FEM analysis of aviation load carrying capacity structure constructed from composite materials, Proceedings of ECCM-14 - 14th European Conference on Composite Materials, Budapest July 2010, no. 627

11.Bieniaś J., Ostapiuk M., Surowska B.: Fatigue behaviour of carbon/epoxy composite, Proceedings of ECCM-14 - 14th European Conference on Composite Materials, Budapest July 2010, no. 072

12.Cholewa M., Scelina D.: Termiczna analiza derywacyjna polimerów siarkowych w zastosowaniu do kompozytów ze szkieletowym zbrojeniem AlSi, Polimery i kompozyty konstrukcyjne, monografia [red] G. Wróbel, Cieszyn 2010, s. 58-69

13.Cholewa M., Szuter T.: Geometrical and mechanical analysis of 3D casted skeleton structure, Archives of Foundry Engineering, 2/2010, v 10, p 23-27

14.Dulęba A., Cholewa M.: Morfologia i segregacja fazy wzmacniającej w odlewanym kompozycie AlSi-CrFeCp Kompozyty, 3/2010, s. 195-200

15.Nowakowski S., Cholewa M., Wróbel P.: Kompozyty zbrojone fazami międzymetalicznymi z azotem i węglem, Studenckie Prace Naukowe, 10/2010, s. 155-163

16.Pikos Ł., Cholewa M., Szuter T.: Dobór geometrii odlewów szkieletowych w oparciu o symulacje stanu naprężeń, Studenckie Prace Naukowe, 10/2010, s. 169-175





• Prace inżynierskie obronione: 1. Czerkies P.: Analiza numeryczna kompozytu szklano-epoksydowego z wykorzystaniem

metody elementów skończonych (opiekun dr inż. H. Dębski), PL luty 20102. Leńczuk M.: Badania nieniszczące (NDT) wybranych kompozytowych struktur lotniczych

(opiekun dr hab. B. Surowska), PL luty 20103. Jakubczak P.: Analiza materiałowa laminatów wzmacnianych włókami szklanymi

stosowanych w lotnictwie (opiekun dr hab. B. Surowska), PL luty 20104. Majerski K.: Badania wybranych właściwości kompozytów warstwowych zbrojonych

włóknami węglowymi (opiekun dr inż. J. Bieniaś), PL luty 20105. Kowalczyk Ł.: Wytwarzanie kompozytowych struktur lotniczych – technologia i badania

wybranych właściwości (opiekun dr inż. J. Bieniaś), PL luty 20106. Mucha A.: Kompozyty inteligentne typu SMART w zastosowaniach lotniczych (opiekun dr

inż. J. Bieniaś), PL maj 2010

• Prace magisterskie obronione:1. Kwiatkowski P. : Przemiany fazowe w trakcie krystalizacji pierwotnej stopów Al i Cu

(opiekun dr hab. inż. M. Cholewa) PŚ2. Pawlas W. : Wpływ wybranych parametrów odlewania na strukturę i własności

mechaniczne stopu Al-Si (opiekun dr hab. inż. M. Cholewa) PŚ





• Prace inżynierskie planowane:1. Kozak Małgorzata: Analiza nieciągłości w laminacie kompozytowym (opiekun dr inż. J.

Bieniaś) PL2. 2 prace w PRz

• Prace magisterskie planowane:1. Muzyka Małgorzata: Analiza wad technologicznych w strukturze lotniczej typu sandwich

(opiekun dr hab. B. Surowska), PL2. Rózga Katarzyna: Kompozyty metalowe zawierające węgiel szklisty (opiekun dr inż. J.

Myalski), PŚ3. Lorek Tomasz: Badania segregacji w kompozytach Al-Si odlewanych w polu

magnetycznym (opiekun dr hab. inż. M. Cholewa), PŚ4. Pikos Łukasz: Badania własności użytkowych kompozytów ze zbrojeniem szkieletowym i

cieczą lepko-sprężystą (opiekun dr hab. inż. M. Cholewa), PŚ

• Prace doktorskie planowane – 1 w PRz• Prace habilitacyjne planowane – 1 w PRz

• Udział studentów / doktorantów / innych wykonawców (liczbowo)PL: 3 pracowników n-b, 1 pracownik techniczny, 1 doktorantka; bez wynagrodzenia – 1 doktorantka, 8 studentów PŚ: 8 pracowników n-b, 2 pracowników technicznych, 5 studentówPRz: 5 pracowników n-b, 3 pracowników technicznychITWL: 6 pracowników n-b, 3 pracowników technicznych

Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej




• Stała współpraca z PZL Świdnik SA• CEREL Boguchwała

Propozycje przyszłego uszczegółowienia SPB na rok 2011

ITWL:• Ocena uszkodzeń eksploatacyjnych w tym uszkodzeń typu Impact DAMAGE•Porównanie aplikacji metod badań nieniszczących z metodami monitorowania

Główne wnioski

• Badania przewidziane do realizacji przebiegają planowo• Wstępne wyniki badań wytworzonych materiałów kompozytowych

potwierdzają skuteczność opracowywanych technologii• W badania zaangażowani są zarówno pracownicy jak i studenci• Wyniki prac prowadzonych w projekcie są upowszechniane w

postaci licznych prezentacji oraz opracowanych publikacji, co przyczynia się do promocji projektu

• Zakłady lotnicze oraz instytuty badawcze zainteresowane są technologiami oraz metodami badawczymi materiałów przeznaczonych do zastosowania w przemyśle lotniczym




ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych (w tym materiały typu GLARE)

Documents

Transcript of ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych (w tym materiały typu GLARE)