Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Symulacja metodą elementów skończonych efektu samorozgrzania i zmęczenia cieplnego lepkosprężystych kompozytów polimerowych
Języki publikacji
Abstrakty
The self-heating effect, occurred in the viscoelastic media due to the mechanical energy dissipation during cyclic loading of a structure and its transformation into heat, is one of crucial problems of operation of elements made of polymeric composites. In some special cases of loading parameters the self-heating effect could dominate fatigue process, which results in intensification of structural degradation. The paper deals with finite element formulation of the self-heating effect and thermal fatigue of polymer composites. The definition of material properties was based on experimentally determined dynamic moduli of the material, which were converted to Prony series for implementation in the computational algorithm realized in commercial finite element software. Implementation procedure of the numerical simulation and exemplary results were presented. Obtained numerical results were compared with experimental results and reveal good convergence.
Efekt samorozgrzania, występujący w ośrodkach lepkosprężystych ze względu na dyssypację energii mechanicznej podczas obciążeń cyklicznych struktury i jej przemiany w ciepło, jest podstawowym problemem eksploatacji elementów wykonanych z kompozytów polimerowych. W niektórych szczególnych przypadkach parametrów obciążenia efekt samorozgrzania może zdominować proces zmęczenia, co będzie skutkowało intensyfikacją degradacji strukturalnej. Artykuł przedstawia sformułowanie modelu numerycznego efektu samorozgrzania i zmęczenia cieplnego kompozytów polimerowych. Definiowanie właściwości materiałowych jest oparte na modułach dynamicznych materiału wyznaczonych eksperymentalnie, które przekształcono do postaci szeregów Prony'ego w celu ich implementacji w algorytmie obliczeniowym realizowanym w komercyjnym środowisku opartym o metodę elementów skończonych. Przedstawiono procedurę implementacji oraz przykładowe wyniki. Otrzymane wyniki numeryczne porównano z wynikami eksperymentalnymi, wyniki cechują się dobrą zbieżnością.
Słowa kluczowe
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
244--249
Opis fizyczny
Bibliogr. 27 poz., rys.
Twórcy
autor
- Silesian University of Technology, Institute of Fundamentals of Machinery Design, Gliwice, Poland
Bibliografia
- Adzima, B.J., Kloxin, C.J., Bowman, C.N., 2010, Externally triggered healing of a thermoreversible covalent network via self-limited hysteresis heating, Adv. Mater., 22,2784-2787.
- Avanzini, A., 2011, Effect of cyclic strain on the mechanical behavior of virgin ultra-high molecular weight polyethylene, J. Mech. Behav. Biomed., 4, 1242-1256.
- Boyarov, A.N., Mechanism of formation and protection from spontaneous ignition of the pyrophoric sedimentations in vertical reservoirs, PhD Thesis, Ufa 2010 (in Russian).
- de Cazenove, J., Rade, D.A., de Lima, A.M.G., Pagnacco, E., 2009, A study of self-heating effects in viscoelastic damping devices, Proc. 11 Pan-American Congress of Applied Mechanics, Foz do Iguacu.
- Dinzart, F., Molinari, A., 2005, Linear stability analysis for thermoviscoplastic material under cyclic axial loading, Continuum Mech. Therm., 17, 83-99.
- Dinzart, F., Molinari, A., Herbach, R., 2008, Thermomechanical response of viscoelastic beam under cyclic bending; sclf-heating and thermal failure, Arch. Mech., 60, 59-85.
- Faghri, A., Guo, Z., 2005, Challenges and opportunities of thermal management issues related to fuel cell technology and modeling, Int. J. Heat Mass Trans., 48, 3891-3920.
- Fan, Z., Kang, S., 2009, Numerical simulations of the aerodynamics of horizontal axis wind turbines, Inaugural US-EU-China Thermophysics Conference - Renewable Energy 2009.
- Handa, K., Kato, A., Narisawa, I., 1999, Fatigue characteristics of a glass-fiber-reinforced polyamide, .J.. Appl. Polym. Sci.,12, 1783-1793.
- Katunin, A., 2009, Self-heating effect in laminate plates during harmonic forced loading, Sci. Probl. Much. Oper. Maini., 44, 73-84.
- Katunin, A., 2010, Analytical model of the self-heating effect in polymeric laminated rectangular plates during bending harmonic loading, Ekspl. Niezawodn., 48, 91-101.
- Katunin A., Hufenbach W., Kostka P., Holeczek K., 2010, Frequen¬cy dependence of the self-heating effect in polymer-based composites, J. Achiev. Mater. Manuf. Eng.,4\,9-\5.
- Katunin, A., 2011, Stationary self-heating of the circular and annular composite plates hinged on the boundary under axisymmetric cyclic loading, Adv. Compos. Lett., 20, 121-125.
- Katunin, A., 2012, Critical self-heating temperature during fatigue of polymeric composites under cyclic loading,Composites Theor. Pract, 12, 72-76.
- Katunin, A., Fidali, M., 2012, Self-heating of polymeric laminated composite plates under the resonant vibrations: theoretical and experimental study, Polym. Compos., 33, 138-146.
- Katunin, A., Gnatowski, A., 2012, Influence of heating rate on evolution of dynamic properties of polymeric laminates, Plast. Rubber Compos., 41, 233-239.
- Kovalenko, A.D., Karnaukhov, V.G., 1969, On heat generation in viscoelastic bodies under periodic action, Prikl. Mekh., 5,28-35.
- Lesieutre, G.A., Govindswamy, K., 1996, Finite element modeling of frequency-dependent and temperature-dependent dynamic behavior of viscoelastic materials in simple shear, Int. J. Solids Struct., 33, 419-432.
- McElroy, D.L., Weaver, F.J., Bridgman, C, 1988, Thermal expansion of epoxy-fiberglass composite specimens, Int. J. Thermophys., 9, 233-243.
- Pichon, P.G., Boutaous, M., Mechin, F., Sautereau, H., 2012, Measurement and numerical simulation of the self heating of cross-linked segmented polyurethanes under cyclic loading, Eur. Polym. J., 48, 684-695.
- Ramkumar, A., Kannan, K., Gnanamoorthy, R., Experimental and theoretical investigation of a polymer subjected to cyclic loading conditions, Int. J. Eng. Sci., 48, 101-110.
- Rittel, D., 2000, An investigation of the heat generated during cyclic loading of two glassy polymers. Part I: Experimental, Mech. Mater, 32, 131-147.
- Rittel, D., Rabin Y., 2000, An investigation of the heat generated during cyclic loading of two glassy polymers. Part II: Thermal analysis, Mech. Mater., 32, 149-159.
- Roos, C, Bakis, C.E., 2011, Multi-physics design and optimization of flexible matrix composite driveshafts, Compos. Struct, 93, 2231-2240.
- Senchenkov, I.K., Karnaukhov, V.G., 2001, Thermomechanical behavior of nonlinearly viscoelastic materials under harmonic loading, Int. Appl. Mech., 37, 1400-1432.
- Senchenkov, I.K., Zhuk, Y.A., Karnaukhov, V.G., 2004, Modeling the thermomechanical behavior of physically nonlinear materials under monoharmonic loading, Int. Appl. Mech., 40, 943-969.
- Wang, H., Wang, M., Yang, Z., 2009, Finite element analysis of temperature distribution of polycrystalline silicon thin film transistors under self-hcating stress, Front. Electr. Electron. Eng., 4, 227-233.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-4856a08f-0ef2-43be-b162-f5dafc44f0d9