Numerical modeling of delamination in composite panel under low-velocity contact with hail


如何引用文章

全文:

详细

A technique is proposed to simulate multiple impacts of hailstones on composite panels based on a developed model and testing of low-velocity hailstone impacts. Using Instron 3369 and BiSS, compression tests were conducted on ice samples frozen at temperatures of –40°C, –30°C, and –20°C, respectively. Compressive strength and volumetric density were determined for each group. The elastic modulus ranged from 154 to 1214 MPa. Statistical data processing methods were applied to determine the variability intervals and average values of the elastic modulus for each interval at a freezing temperature of –20°C. Studies on hail impact on composite panels have highlighted delamination as a major failure mode. Based on experimental results, linear, quadratic, and cubic dependencies of damage (number of delaminated layers) on the composite plate when subjected to a 35 mm diameter hailstone impact on the elastic modulus and velocity of the ice were computed. The maximum number of layers destructed is 16, which is 80% of the panel thickness at a velocity of 170 m/s, with the ice's elastic modulus being 1250 MPa. Impact velocity significantly affects the composite panels damage susceptibility, with the material's elastic modulus having a weaker effect. Experimental findings show a significant correlation between impact speed and damage extent, with larger hailstones causing deeper delamination.

作者简介

V.T. Le

Novosibirsk State Technical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: tuanleviet86@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-8729-3261

Postgraduate Student of the Department of Aircraft Strength

俄罗斯联邦

Т. Burnysheva

Novosibirsk State Technical University

Email: tburn@mail.ru

Doctor of Science (Engineering), Associate Professor

俄罗斯联邦

参考

  1. Field P.R., Hand W., Cappelluti G., McMillan A., Foreman A., Stubbs D., Willows M. Hail threat standardisation. Final report for EASA.2008.OP.25, 2008. 133 p.
  2. Abrate S. Impact on laminated composite materials. Applied Mechanics Reviews. 1991. V. 44, Iss. 4. P. 155-190. doi: 10.1115/1.3119500
  3. Abrate S. Impact on laminated composites: recent advances. Applied Mechanics Reviews. 1994. V. 47, Iss. 11. P. 517-544. doi: 10.1115/1.3111065
  4. Schoeppner G.A., Abrate S. Delamination threshold loads for low velocity impact on composite laminates. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2000. V. 31, Iss. 9. P. 903-915. doi: 10.1016/S1359-835X(00)00061-0
  5. Hwang W.C., Sun C.T. Failure analysis of laminated composites by using iterative three-dimensional finite element method. Computers & Structures. 1989. V. 33, Iss. 1. P. 41-47. doi: 10.1016/0045-7949(89)90127-2
  6. Finn S.R., Springer G.S. Delaminations in composite plates under transverse static or impact loads – A model. Composite Structures. 1993. V. 23, Iss. 3. P. 177-190. doi: 10.1016/0263-8223(93)90221-B
  7. Luo R.K., Green E.R., Morrison C.J. Impact damage analysis of composite plates. International Journal of Impact Engineering. 1999. V. 22, Iss. 4. P. 435-447. doi: 10.1016/S0734-743X(98)00056-6.
  8. Krueger R., O’Brien T.K. A shell/3D modeling technique for the analysis of delaminated composite laminates. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2001. V. 32, Iss. 1. P. 25-44. doi: 10.1016/S1359-835X(00)00133-0
  9. Eason T.G., Ochoa O.O. Modeling progressive damage in composites: a shear deformable element for ABAQUS. Composite Structures. 1996. V. 34, Iss. 2. P. 119-128. doi: 10.1016/0263-8223(95)00136-0.
  10. Barbero E.J., Reddy J.N. Modeling of delamination in composite laminates using a layer-wise plate theory. International Journal of Solids and Structures. 1991. V. 28, Iss. 3. P. 373-388. doi: 10.1016/0020-7683(91)90200-Y
  11. Reedy E.D., Mello F.J., Guess T.R. Modeling the initiation and growth of delaminations in composite structures. Journal of Composite Materials. 1997. V. 31, Iss. 8. P. 812-831. doi: 10.1177/002199839703100804
  12. Seeley C., Chattopadhyay A. Modeling of smart composite laminates including debonding – A finite element approach. Proceedings of the 38th Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference (April, 07-10, 1997, Kissimmee, FL, U.S.A.). doi: 10.2514/6.1997-1344
  13. Zhang Y., Qian Z., Lv S., Huang W., Ren J., Fang Z., Chen X. Experimental investigation of uniaxial compressive strength of distilled water ice at different growth temperatures. Water. 2022. V. 14, Iss. 24. doi: 10.3390/w14244079
  14. Gingold R.A., Monaghan J.J. Smoothed particle hydrodynamics: theory and application to non-spherical stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1977. V. 181, Iss. 3. P. 375-389. doi: 10.1093/mnras/181.3.375
  15. Le V.T. Numerical modeling of aircraft composite panels ice impact damages. Aerospace MAI Journal. 2023. V. 30, no. 4. P. 120-129. (In Russ.)
  16. Hashin Z. Failure criteria for unidirectional fiber composites. Journal of Applied Mechanics. 1980. V. 47, Iss. 2. P. 329-334. doi: 10.1115/1.3153664

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

版权所有 © VESTNIK of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-相同方式共享 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».