PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Influence of RVE geometrical parameters on elastic response of woven flax-epoxy composite materials

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Wpływ parametrów geometrycznych w REO na właściwości sprężyste materiałów kompozytowych żywica epoksydowa-tkanina lniana
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
In the case of polymer composites reinforced with natural fiber woven fabrics, microstructural calculations are extremely difficult to perform due to their characteristic variability, among others their mechanical properties. The aforementioned scientific problem has not been thoroughly investigated, hence the purpose of this work was to assess the possibilities of predicting the properties of a composite reinforced with flax woven fabric by micromechanical calculations using the Mori-Tanaka and the double inclusion homogenization models. In addition, the second important utilitarian problem that was undertaken in the work was assessment of the impact of the size of the representative volume element (RVE) on the obtained results. The analyses were carried out for composites based on epoxy resin reinforced with flax fabrics: plain, 2x2 twill and 3x1 twill types. Based on the performed calculations, it was found that the obtained results depend on the type of weave in the fabric used, the size of the RVE, the number of yarn bands in the RVE and the appropriately selected homogenization method. Guidelines useful for evaluating the optimal RVE size depending on the type of weave were formulated.
PL
W przypadku kompozytów polimerowych zbrojonych tkaninami z włókien naturalnych przeprowadzanie obliczeń mikrostrukturalnych jest wyjątkowo trudne do wykonania z uwagi na charakterystyczną dla nich zmienność, m.in. właściwości mechanicznych. Wspomniany problem naukowy nie jest dokładnie zbadany, stąd celem niniejszej pracy była ocena możliwości prognozowania właściwości kompozytu wzmacnianego tkaniną lnianą poprzez obliczenia mikromechaniczne z wykorzystaniem modelu homogenizacji Mori-Tanaka oraz Double Inclusion. Ponadto drugim istotnym problemem utylitarnym, który podjęto w pracy, była ocena wpływu wielkości reprezentatywnego elementu objętościowego (REO) na uzyskane wyniki. Analizy przeprowadzono dla kompozytów o osnowie żywicy epoksydowej zbrojnej tkaninami lnianymi o splocie: płóciennym, skośnym 2x2 oraz skośnym 3x1. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń stwierdzono, że uzyskane wyniki zależą od rodzaju splotu w zastosowanej tkaninie, wielkości REO, ilości pasm przędzy w REO oraz odpowiednio dobranej metody homogenizacji. Sformułowano wskazówki przydatne do oceny optymalnego wymiaru REO w zależności od rodzaju splotu.
Rocznik
Strony
51--59
Opis fizyczny
Bibliogr. 36 poz., rys., tab.
Twórcy
  • Rzeszow University of Technology, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland
  • Rzeszow University of Technology, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland
Bibliografia
  • [1] Graham S., Yang N., Representative volumes of materials based on microstructural statistics, Scripta Mater. 2003, 48, 269-274, DOI: 10.1016/S1359-6462(02)00362-7.
  • [2] Lacy T.E., McDowell D.L., Talreja R., Gradient concept for evolution of damage, Mech. Mater. 1999, 31, 831-860, DOI: 10.1016/S0167-6636(99)00029-0.
  • [3] Drugan W.J., Willis J.R., A micromechanics-based nonlocal constitutive equation and estimates of representative volume element size for elastic composites, J. Mech. Phys. Solids 1996, 44, 497-524, DOI: 10.1016/0022-5096(96)00007-5.
  • [4] Borbely A., Biermann H., Hartmann O., FE investigation of the effect of particle distribution on the uniaxial stress-strain behaviour of particulate reinforced metal-matrix composites, Mater. Sci. Engng. A 2001, 313, 34-45, DOI: 10.1016/S0921-5093(01)01144-3.
  • [5] Bulsara V.N., Talreja R., Qu J., Damage initiation under transverse loading of unidirectional composites with arbitrarily distributed fibers, Compos. Sci. Technol. 1999, 59, 673-682, DOI: 10.1016/S0266-3538(98)00122-5.
  • [6] Gitman I.M., Gitman M.B., Askes H., Quantification of stochastically stable representative volumes for random heterogeneous materials, Arch. Appl. Mech. 2006, 75, 79-92, DOI: 10.1007/s00419-005-0411-8.
  • [7] Hill R., Elastic properties of reinforced solids: some theoretical principles, J. Mech. Phys. Solids 1963, 11, 357-372, DOI: 10.1016/0022-5096(63)90036-X.
  • [8] Hashin Z., Analysis of composite materials - a survey, J. Appl. Mech. 1983, 50, 481-505, DOI: 10.1115/1.3167081.
  • [9] van Mier J.G.M., Fracture Processes of Concrete, CRC Press, London 1997.
  • [10] Evesque P., Fluctuations, correlations and representative elementary volume (REV) in granular materials, Poudres Grains 2000, 11, 6-17.
  • [11] Eshelby J.D., The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems, P. Roy. Soc. Lond. A Mat., 1957, 241, 376-396, DOI: 10.1098/rspa.1957.0133.
  • [12] Mori T., Tanaka K., Average stress in matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions, Acta Metall. Mater. 1973, 21, 571-574, DOI: 10.1016/0001-6160(73)90064-3.
  • [13] Software documentation DIGIMAT, e-Xstream engineering, Luksemburg 2016.
  • [14] Benveniste Y., A new approach to the application of Mori-Tanaka's theory in composite materials, Mech. Mater. 1987, 6, 147-157, DOI: 10.1016/0167-6636(87)90005-6.
  • [15] Nemat-Nasser S., Hori M., Micromechanics: Overall Properties of Heterogeneous Solids, Elsevier Science, Amsterdam 1993.
  • [16] Lielens G., Micro-macro Modeling of Structured Materials, PhD thesis, Universite Catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve 1999.
  • [17] Frącz W., Janowski G., Ryzińska G., Strength analysis of GFRP composite product taking into account its heterogenic structure for different reinforcements, Compos. Theory and Pract. 2017, 17, 103-108.
  • [18] Frącz W., Janowski G., Ryzińska G., The possibility of using wood fiber mats in products manufacturing made of polymer composites based on numerical simulations. Appl. Comp. Sci. 2017, 13, 65-75, DOI: 10.23743/acs-2017-30.
  • [19] Joshi S.V., Drzal L.T., Mohanty A.K., Arora S., Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced composites? Compos. Part A-Appl. S. 2004, 35, 371-376, DOI: 10.1016/j.compositesa.2003.09.016.
  • [20] Sgriccia N., Hawley, M.C., Misra M., Characterization of natural fiber surfaces and natural fiber composites, Compos Part A-Appl. S. 2008, 39, 1632-1637, DOI: 10.1016/j.compositesa.2008.07.007.
  • [21] Saheb D.N., Jog J.P., Natural fiber polymer composites: a review, Adv. Polym. Tech. 1999, 18, 351-363, DOI: 10.1002/(SICI)1098-2329(199924)18:43.0.CO;2-X.
  • [22] Pickering K.L., Efendy M.A., Le T.M., A review of recent developments in natural fibre composites and their mechanical performance, Compos. Part A-Appl. S. 2016, 83, 98-112, DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.08.038.
  • [23] Charlet K., Baley C., Morvan C., Jernot J.P., Gomina M., Bréard J., Characteristics of Hermès flax fibres as a function of their location in the stem and properties of the derived unidirectional composites, Compos. Part A-Appl. S. 2007, 38, 1912-1921, DOI: 10.1016/j.compositesa.2007.03.006.
  • [24] Pickering K.L., Beckermann G.W., Alam S.N., Foreman N.J., Optimising industrial hemp fibre for composites, Compos. Part A-Appl. S. 2007, 38, 461-468, DOI: 10.1016/j.compositesa.2006.02.020.
  • [25] Bos H.L., Van Den Oever M.J.A., Peters O.C.J.J., Tensile and compressive properties of flax fibres for natural fibre reinforced composites, J. Mater. Sci. 2002, 37, 1683-1692, DOI: 10.1023/A:1014925621252.
  • [26] Zimniewska M., Myalski J., Koziol M., Mankowski J., Bogacz E., Natural fibers textile structures suitable for composite materials, J. Nat. Fibers 2012, 9, 229-239, DOI: 10.1080/15440478.2012.737176.
  • [27] Zimniewska M., Stevenson A., Sapieja A., Kicińska-Jakubowska A., Linen fibers based reinforcements for laminated composites, Fibers Text. East. Eur. 2014, 105, 103-108.
  • [28] Krucińska I., Klata E., Ankudowicz W., Dopierała H., Influence of the structure of hybrid yarns on the mechanical properties of thermoplastic composites, Fibers Text. East. Eur. 2001, 9, 38-41.
  • [29] Salman S.D., Sharba M.J., Leman Z., Sultan M.T.H., Ishak M.R., Cardona F., Physical, mechanical, and morphological properties of woven kenaf/polymer composites produced using a vacuum infusion technique, Int. J. Polym. Sci. 2015, 1-10, DOI: 10.1155/2015/894565.
  • [30] Zimniewska M., Bogacz E., Preliminary study on flax yarn suitable for composite application, In: Natural Fibers - Their Attractiveness in Multi-directional Applications, Gdynia Cotton Association, Gdynia 2009, 178-183.
  • [31] Goutianos S., Peijs T., Nystrom B., Skrifvars M., Development of flax fiber based textile reinforcements for composite applications, Appl. Compos. Mater. 2006, 13, 199-215, DOI: 10.1007/s10443-006-9010-2.
  • [32] Suquet P., Elements of homogenization for inelastic solid mechanics, In: Homogenization techniques for composite media, Lecture Notes in Physics 272, Springer, Wien 1985, 193-278.
  • [33] Biotex Flax 400 g/m2 2x2 - Technical Data Sheet.
  • [34] Kinetix R240 - Technical Data Sheet.
  • [35] Baley C., Analysis of the flax fibres tensile behaviour and analysis of the tensile stiffness increase, Compos. Part A 2002, 33, 939-948, DOI: 10.1016/S1359-835X(02)00040-4.
  • [36] Bambach M.R., Compression strength of natural fibre composite plates and sections of flax, jute and hemp, Thin Wall Struct. 2017, 119, 103-113, DOI: 10.1016/j.tws.2017.05.034.
Uwagi
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-871fb230-1871-49b1-9781-c206d0b684e5
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.