Skupina PT1 – Aplikace „smart structures“ v letectví

Návrh

Cíle projektu

Cílem projektu je studie možností aplikace „smart structures“ v konstrukci letadel, konkrétně možnost použití piezoelektrických materiálů v konstrukci křídla letadla pro změnu tvaru křídla za účelem aerodynamické optimalizace letadla, řízení (náhrada klasických křidélek a klapek), snížení vibrací a hluku. Projekt je rozdělen na dvě části – experimentální a výpočetní. Cílem experimentální části je vývoj technologií pro výrobu kompozitu z vláken piezoelektrického materiálu a jeho aplikace v letectví. Cílem výpočtové části je výzkum a odladění výpočtů metodou konečných prvků pro analýzu a návrh kompozitu z vláken piezoelektrického materiálu a jeho aplikaci v konstrukci.

Experimentální část

Vybavení pro výrobu kompozitu z piezoelektrických materiálů – byly zakoupeny potřeby pro laminování, piezokeramická vlákna o průměru 0,25 a 0,8 mm (výrobce Smart Material GmbH) a měniče napětí pro napájení piezo. Výroba vzorků – byl vyroben vzorek laminátu piezokeramická vlákna (PZT)/epoxy, elektrody na povrchu vzorku vytvořeny vodivou barvou. Tato technologie se příliš neosvědčila, pro budoucí vzorky se plánují elektrody tvořené kompozitem uhlík/epoxy (uhlíková tkanina + epoxidová pryskyřice smíchaná s mletými uhlíkovými vlákny).Plán – výroba a zkoumání vlastností elektrod z uhlíkového kompozitu s ohledem na jejich následnou aplikaci v kompozitních materiálech piezo/epoxy. Výroba vzorků laminátu 8*150 mm pro vývoj a ověření technologie (opakovatelnost výsledků, dosažitelné parametry). Tenzometrická měření závislosti napětí-deformace, vyhodnocení vlastností kompozitu. Výroba desek s možností řízení zkroucení (orientace vláken +45˚/-45˚), tenzometrická měření závislosti napětí-deformace a studie možností použití v leteckých konstrukcích.

Výpočtová část

Výzkum a odladění výpočtů metodou konečných prvků pro analýzu a návrh kompozitu z vláken piezoelektrického materiálu a jeho aplikaci v konstrukci je rozdělen do několika částí.Interakce PZT vlákno/epoxidová matrice – modelování vzájemné interakce PZT vlákna a epoxidové matrice při deformaci vlákna vlivem elektrického pole. Předpokládá se jednovrstvý laminát vyrobený z vláken o průměru 0,25 mm nebo 0,8 mm, tloušťka laminátu je o 0,02 mm větší než průměr vláken (tedy na každé straně 0,01 mm nad horní hranou vláken), vzdálenost mezi vlákny od 0 do 1 průměru vlákna. Požadovaný výsledek: pole napětí a deformací v závislosti na poměrné vzdálenosti mezi vlákny.
Pozn. 2 – vysvětlení způsobu deformace PZT vláken v elektrickém poli. Pro daný kompozit se počítá s deskovými elektrodami na spodní a horní straně desky kompozitu. To znamená, že směr polarizace piezomateriálu (v datasheetu se značí jako 3) a směr elektrického pole budou kolmé na rovinu desky. Volná deformace vlákna ve směru 3 se vypočítá jako součin d33 a intenzity elektrického pole (je třeba všechno převést na základní jednotky!). Volná deformace vlákna v rovině desky se vypočítá jako součin d31 a intenzity elektrického pole (je třeba všechno převést na základní jednotky!). Povolené intenzity elektrického pole jsou od -800 do +2000 V/mm. d33 je kladné a d31 je záporné - z toho vyplývá, že pro kladné el. pole se vlákna roztahují ve směru kolmém na desku a smrskávají ve směrech v rovině desky. Vlákna bych modeloval jako materiál, který má různé mechanické a elektrické vlastnosti v různých směrech, zanedbal bych vnitřní nehomogenitu danou technologií výroby. Závislost povrchové deformace vzorku na deformaci vláken – pro porovnání s experimentem. Předpokládá se vzorek o rozměrech 8*150 mm, skladba vrstev: skelná tkanina 30 g/m2, uhlíková tkanina 50 g/m2, PZT vlákna, uhlíková tkanina 50 g/m2, skelná tkanina 30 g/m2. PZT vlákna jsou orientována rovnoběžně s delší hranou vzorku, všechny tkaniny mají orientaci 0/90 (polovina vláken rovnoběžně s delší stranou, polovina kolmá na delší stranu vzorku). 2 varianty – pro průměr vláken 0,25 a 0,8 mm. Požadovaný výsledek: deformace povrchu vzorku v závislosti na deformaci vláken, napětí na rozhraní jednotlivých vrstev. MKP výpočty zkroucení desek – až podle zkušeností s předchozími výpočty a experimenty.


Dokument.doc

Aktuality

10.5.2018 21:52:56

Přednáškové testy PP1

Výsledky přednáškových testů z PP1.
18.4.2018 10:10:16

Výsledky 3. postupového testu z PP1

Výsledky z 3. postupového testu z PP1. Zápis známek bude proveden v rámci k tomu určených zkouškových termínech.
13.3.2018 10:50:34

Referáty - PP1

Na stránkách předmětu PP1 je dostupné zadání referátu R0 a R1. U referátu R1 se pouze elektronicky odevzdávají výsledky úlohy.
27.2.2018 15:52:08

Termíny postupových testů PP1

Termíny postupových testů z PP1 jsou vyhlášeny na dny:
1. test 6.4.2018
2. test 27.4.2018
3. test 25.5.2018
v čase mezi 14:00-16:00.
12.1.2018 15:24:54

Výsledky 3. postupového testu z PP2

Výsledky 3. testu z PP2, zápis známky bude proveden v rámci zkouškových termínů k tomu určených.
21.12.2017 12:43:30

Referáty PP2

22.11.2017 14:13:47

Výsledky testů z přednášek PP2

Výsledky testů z přednášek PP2.
9.12.2016 14:41:27

Doplňující studijní podklady PP2

Na stránku předmětu PP2 byly přidány odkazy na doplňující studijní podklady.