Numerical identification of material parameters for microbuckling analysis of fiber reinforced polymer matrix composites

• Autorzy: Romanowicz M.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna identyfikacja parametrów materiałowych w analizie mikrowyboczenia kompozytów polimerowych wzmocnionych ciągłym włóknem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This research focuses on studying the effect of material parameters upon the compressive response of a unidirectional fiber reinforced polymer matrix composite. To investigate this effect, the finite element method and a periodic unit cell model of unidirectional composite with an initial fiber waviness and inelastic behavior of the matrix were used. The sensitivity of the compressive strength to the hydrostatic pressure, the flow rule and the fiber misalignment angle were presented. The model was verified against an analytical solution and experimental data. The results of this study indicate that a micromechanical model with correctly identified material parameters provides a useful alternative to theoretical models and experimentation.

PL

W pracy badano wpływ parametrów materiałowych na wytrzymałość na wzdłużne ściskanie kompozytu jednokierunkowo wzmocnionego. W tym celu wykorzystano metodę elementów skończonych oraz komórkę elementarną kompozytu z początkową imperfekcją włókien i plastyczną matrycą. Analizowano zmianę krzywej ściskania kompozytu w wyniku zmiany tarcia wewnętrznego matrycy, prawa plastycznego płynięcia matrycy oraz początkowej imperfekcji włókien. W celu identyfikacji wymienionych parametrów materiałowych wykorzystano badania doświadczalne oraz istniejące modele analityczne. Wyniki badań pokazują, że model numeryczny jest skuteczną alternatywą w analizie mikro-wyboczenia kompozytów polimerowych wzmocnionych ciągłym włóknem.

Słowa kluczowe

EN

polymer-matrix composites; buckling; micromechanics; finite element analysis

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 14, No. 2
• Strony: 108--113
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Romanowicz M.

• Department of Mechanical Engineering, Białystok University of Technology, Poland, Wiejska 45 C, 15 351 Białystok, Poland

Bibliografia

• ANSYS, 2012, Theory reference for the mechanical APDL and mechanical applications, release 14.1., ANSYS Inc., Canonsburg PA.
• Barbero, E.J., 1998, Prediction of compression strength of unidirectional polymer matrix composites, J. Compos. Mater. ,32, 483-502.
• Budiansky, B., Fleck, N.A., 1993, Compressive failure of fibre composites, J. Mech. Phys. Solids, 41, 183-211.
• Drucker, D.C., Prager, W., 1952, Soil mechanics and plastic analysis for limit design, Q. Appl. Math., 10, 157-165.
• Fleck, N.A., 1997, Compressive failure of fiber composites, Adv. Appl. Mech., 33, 43-117.
• Gutkin, R., Pinho, S.T., Robinson, P., Curtis, P.T., 2010, Micromechanical modeling of shear-driven fibre compressive failure and of fibre kinking for failure envelope generation in CFRP laminates, Compos. Sci. Technol., 70, 1214-1222.
• Guynn, E.G., Ochoa, O.O., Bradley, W.L., 1992, A parametric study of variables that affect fiber microbuckling initiation in composite laminates: Part I analyses, J. Comp. Mater., 26, 1594-1611.
• Hsu, S.Y., Vogler, T.J., Kyriakides, S., 1999, On the axial propagation of kink bands in fiber composites: Part II analysis, Int. J. Solids Structures, 36, 575-595.
• Jelf, P.M., Fleck, N.A., 1994, The failure of composite tubes due to combined compression and torsion, J. Mater. Sci., 29, 3080-3084.
• Kinloch, A.J., Young, R.J., 1983, Fracture behavior of polymers, Elsevier, Netherlands.
• Kyriakidcs, S., Arseculeratne, R., Peny, E.J., Liechti, K.M., 1995, On the compressive failure of fiber reinforced composites, Int. J. Solids Structures, 32, 689-738.
• Morais, A.B., 1996, Modelling lamina longitudinal compression strength of carbon fibre composite laminates, J. Compos. Mater, 30, 1115-1131.
• Moran, P.M., Liu, X.H., Shih, C.F., 1995, Kink band formation and band broadening in fiber composites under compressive loading, Acta Metall. Mater., 43, 2943-2958.
• Pansart, S., Sinapius, M., Gabbert, U., 2009, A comprehensive explanation of compression strength differences between various CFRP materials: Micro-meso model, predictions, parameter studies, Compos. Part A, 40, 376-387.
• Quinson, R., Perez, J., Rink, M., 1997, Yield criteria for amorphous glassy polymers, J. Mater. Sci., 32, 1371-1379.
• Riks, E., 1979, An incremental approach to the solution of snapping and buckling problems, Int. J. Solids Struct., 15,529-551.
• Yurgatis, S.W., 1987, Measurement of small angle misalignments in continuous fibre composites, Compos. Sci. Technol., 30, 279-293.