Kursets mål er at give deltagerne den nødvendige teoretiske baggrund med henblik på strukturel analyse af konstruktionskomponenter i lette fiberarmerede polymer-materialer. Fokus vil være på at tilvejebringe en forståelse for belastningsrespons og svigtmekanismer af/i komposit-konstruktioner ved at give deltagerne analytiske og numeriske beregningsværktøjer. Deltagerne vil derfor være i stand til at anvende både monolitiske fiberforstærkede polymerer og sandwich-kompositter i forbindelse med design af bærende letkonstruktions-elementer. Endvidere vil deltagerne få et indblik i produktionsmetoder anvendt i kompositindustrien i dag.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Redegøre for og anvende de grundlæggende metoder indenfor klassisk laminat- og sandwich-teori
Redegøre for den generelle sammenhæng mellem snitkræfter, snitmomenter og spændingsfordelinger for laminat- og sandwich-konstruktionselementer
Benytte bjælke- og pladedifferentialligninger samt standardløsninger til at beregne udbøjninger af bjælker og plader
Redegøre for tilgængelige konstruktionsmaterialer indenfor fiberarmerede plastkomposit-konstruktioner og disse materialers egenskaber, fordele og ulemper
Anvende state-of-art brudkriterier til at beregne svigt i konstruktionselementer
Kombinere de klassiske teoretiske design- og analyse-værktøjer og udvikle et eget beregningsværktøj, der kan bruges til at dimensionere specifikke letvægtskonstruktioner, der ikke passer ind i standardløsninger
Evaluere resultater opnået via standard eller egne udviklede design- og analyse-værktøjer imod et forventet konstruktions-respons
Modellere og analysere en vilkårlig komposit-konstruktionsgeometri ved anvendelse af ANSYS, ABAQUS eller tilsvarende, med statiske belastninger, buling og egensvingninger
Redegøre for typisk anvendte produktionsmetoder og forklare deres indflydelse på konstruktionens egenskaber
Kunne anvende relevante eksperimentelle metoder til at analysere virkemåden af letvægtskonstruktioner i fiberarmerede plast-kompositter
Designe en fiberforstærket polymer komposit-struktur udsat for en arbitrært belastningtype i relation til et præ-defineret og prioriteret sæt af design-kriterier
Kursusindhold:
Kursets indhold er ligeligt fordelt mellem teoretiske analysemetoder og praktisk anvendelse af disse metoder i praktisk design. Egne beregningsværktøjer vil blive udviklet og et kommercielt FEM program, f.eks. ANSYS, ABAQUS eller tilsvarende, vil blive anvendt til design og analyse.
Generelle principper for design af let-konstruktioner vil blive gennemgået, og case-studier vil illustrere anvendelsen af komposit-strukturer i vindmøller, skibe, aeronautiske konstruktioner, tog og indenfor bilindustrien. Herudover vil en oversigt over anvendelige konstruktionsmaterialer og deres mekaniske egenskaber blive præsenteret.
Endelig vil et udvalg af de mest anvendte fremstillingsmetoder i komposit-industrien blive præsenteret både teoretisk og testet i praksis.
De følgende teoretiske emner vil blive gennemgået i løbet af kurset:
• Generel komposit-baggrund og teknologi (materialer, fremstilling, applikationer) • Oversigtsgennemgang af lamina-mekanik (anisotropi, spændings/tøjnings-tensorer, konstitutive relationer, kinematik) • Oversigtsgennemgang af laminat-mekanik (fokus på klassisk laminat-teori og kortfattet andre teorier) • Svigtanalyse (svigtkriterier, progressiv skades/svigt-analyse) • Bjælke og pladeteori for monolitiske fiberforstærkede kompositter • Bjælke og pladeteori for sandwich-konstruktioner • Buling og fri vibration af bjælker og plader/skaller • Finite element analyse (FEA) af komposit-konstruktioner (formulering, element-teknologi) • Design af komposit-konstruktioner (samlinger inkluderet)
Forståelse og anvendelse af de ovennævnte emner opnås gennem øvelser og projektarbejde i grupper:
• Øvelser omkring mekanikken af komposit-komponenter (programmering, f.eks. i MatLab, og FEA), svigtkriterier inkluderet • Et design-projekt baseret på analyse og design af en specifik komposit-struktur med et kommercielt FEA program, ANSYS eller ABAQUS (eller tilsvarende), fokuseret på statisk, bulings og modal-analyse
Bemærkninger:
Den indledende del af kurset overlapper delvist med kurset 41516. Denne del af kurset vil derfor kun blive givet i en oversigtsform.
Mulighed for GRØN DYST deltagelse:
Dette kursus giver den studerende en mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk/kursustilmelding.aspx
