Optimization of hybrid carbon–bamboo composite struc-ture based on flexural test and finite element simulation for UAV wing spar

Spar平台 抗弯强度 有限元法 结构工程 材料科学 复合数 堆积 复合材料 翼 纤维 结构强度的尺寸效应 模数 弯曲模量 体积热力学 三点弯曲试验 直线(几何图形)
作者
Muhammad Nuzan Rizki,Asnawi Asnawi,Iqbal Kamar,Maulana Agil Ibrahim
出处
期刊:Jurnal Polimesin [Politeknik Negeri Lhokseumawe]
卷期号:24 (2): 319-319
标识
DOI:10.30811/jpl.v24i2.8343
摘要

The structural performance of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) wing spars demands a balance between high strength and adequate stiffness. This study investigates the optimal configuration of bamboo–carbon fiber hybrid composites and evaluates the suitability of different spar cross-section geometries through experimental flexural testing, Taguchi-based statistical optimization, and Finite Element Method (FEM) simulation. Nine composite variations were fabricated and tested in accordance with ASTM D7264, employing three control factors: volume fraction, fiber ratio, and stacking sequence. The experimental results indicated that variation V7 (60% total fiber volume, 40:60 bamboo–carbon ratio, CBC stacking sequence) demonstrates the highest mechanical performance, achieving a flexural strength of 288.5 MPa and a flexural modulus of 31.8 GPa, which was further supported by the highest Signal-to-Noise (S/N) ratios for both responses. The optimum material configuration was subsequently applied to FEM simulations of three spar cross-sectional geometries. The results revealed that the hollow circular profile exhibited a limited safety margin (SF = 1.09), whereas the W-shaped and hollow-square profiles achieved higher safety factors of 2.15 and 2.18, respectively. Among the evaluated designs, the hollow-square spar provides the most favorable structural response, characterized by lower maximum stress, reduced deflection, and the highest safety margin.

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