• Zadanie 1: Studium literaturowe na temat mechanicznych połączeń elementów kompozytowych
• Zadanie 2: Wyznaczanie właściwości mechanicznych laminatu oraz warstwy adhezyjnej
• Zadanie 3: Modelowanie oraz symulacje numeryczne lokalnie zmodyfikowanego laminatu
• Zadanie 4: Badania eksperymentalne lokalnie zmodyfikowanego laminatu
• Zadanie 5: Analizy numeryczne wybranego połączenia mechanicznego metal-kompozyt
• Zadanie 6: Podsumowanie i wnioski

Zadanie 1: Studium literaturowe na temat mechanicznych połączeń elementów kompozytowych

Zadanie dotyczy analizy algorytmów modelowania połączeń mechanicznych oraz przeglądu metod poprawy ich wytrzymałości w przypadku paneli kompozytowych.
Opracowany zostanie szczegółowy program badań doświadczalnych materiałów i próbek kompozytowych. Przeprowadzona zostanie analiza rozwiązań konstrukcyjnych poprawiających przenoszenie obciążenia w połączeniach mechanicznych elementów kompozytowych z uwzględnieniem zastosowania wkładek (folii) metalowych w otoczeniu otworu. Na tej podstawie opracowane zostaną różne konfiguracje wkładek metalowych oraz wstępny projekt połączenia metal-kompozyt.

Zadanie 2: Wyznaczanie właściwości mechanicznych laminatu oraz warstwy adhezyjnej

W pierwszym etapie dane materiałowe zostaną przyjęte na podstawie literatury. Po wykonaniu szczegółowych badań eksperymentalnych zostaną opracowane właściwe modele materiałów do obliczeń numerycznych. Zadanie dotyczy głównie wyznaczania właściwości mechanicznych laminatu i warstwy adhezyjnej w celu zdefiniowania modeli numerycznych w tym elementów typu cohesive oraz zastosowania odpowiednich kryteriów niszczenia laminatu.
Przeprowadzone zostaną próby docisku (bearing test) oraz łączenia metodą nitowania (riveting test) blach metalowych i elementów kompozytowych.
Do wyznaczenia parametrów materiałowych zastosowane zostaną zarówno tradycyjne metody (tj. pomiary tensometryczne) oraz cyfrowy system optyczny – Aramis. Badania zostaną przeprowadzone zgodnie ze standardami ASTM.

Zadanie 3: Modelowanie oraz symulacje numeryczne lokalnie zmodyfikowanego laminatu

W pierwszym etapie przeprowadzone zostaną analizy numeryczne próby docisku w przypadku typowego quasi-izotropowego laminatu węglowego w celu doboru odpowiedniego modelu kontaktu oraz modelu materiału dla elementu kompozytowego (z uwzględnieniem elementów typu „cohesive” oraz modeli zniszczenia).
Wnikliwa analiza przenoszenia obciążenia pomiędzy warstwy materiału kompozytowego za pomocą stycznych naprężeń międzywarstwowych zostanie przeprowadzona w celu udoskonalenia sposobu modelowania numerycznego oraz analizy wytrzymałości panelu kompozytowego.
Następnie wykonane zostaną obliczenia numeryczne lokalnie zmodyfikowanego laminatu, a wyniki zostaną porównane z wyjściowym laminatem węglowym.
Szczegółowo analizowany będzie wpływ rodzaju, kształtu, liczby oraz rozmieszczenia wkładek (folii) metalowych na wytrzymałość kompozytu w próbie docisku.
Zadanie to dotyczy również symulacji łączenia (metodą nitowania) metalowych i kompozytowych paneli z uwzględnieniem typowego oraz lokalnie zmodyfikowanego laminatu.
Równocześnie przeprowadzona zostanie walidacja modeli numerycznych, szczególnie w przypadku lokalnie zmodyfikowanego laminatu, na podstawie wyników badań eksperymentalnych.

Zadanie 4: Badania eksperymentalne lokalnie zmodyfikowanego laminatu

Przeprowadzenie zostaną próby docisku dla wybranych konfiguracji lokalnie zmodyfikowanego laminatu w celu określenia poprawy jego wytrzymałości w stosunku do laminatu wyjściowego. Następnie dla wybranego rozwiązania zostaną przeprowadzone próby rozciągania połączenia mechanicznego metal-kompozyt.
Zastosowane zostaną standardowe metody pomiarowe (tensometryczna), system Aramis, skaningowy mikroskop elektronowy oraz metody badań nieniszczących do analizy połączenia przed, w trakcie i po badaniach eksperymentalnych.

Zadanie 5: Analizy numeryczne wybranego połączenia mechanicznego metal-kompozyt

W pierwszym etapie tego zadania zostaną przeprowadzone obliczenia numeryczne połączenia blachy metalowej z panelem wykonanym z typowego laminatu węglowego. Następnie analizowane będzie połączenie dla wybranej konfiguracji laminatu lokalnie zmodyfikowanego.
Sprawdzona zostanie hipoteza, że zastosowanie folii metalowych do modyfikacji (wzmocnienia) otworów nitowych w panelach kompozytowych stwarza możliwość ich łączenia metodą nitowania.

Zadanie 6: Podsumowanie i wnioski

W ramach tego zadania podsumowana zostanie metodologia kształtowania otoczenia otworu w elemencie kompozytowym uwzględniająca badania doświadczalne oraz modelowanie i analizy numeryczne. Zaproponowana zostanie optymalna (w analizowanej klasie) konfiguracja wkładek poprawiająca wytrzymałość otworu w panelu kompozytowym.
Wskazana zostanie możliwość zastosowania lokalnie zmodyfikowanego laminatu w praktyce lotniczej w celu poprawy jakości połączeń mechanicznych (z uwzględnieniem wymagań materiałowych i technologicznych).