Kryteria wytrzymałościowe dla kompozytów polimerowych przy obciążeniach zależnych od czasu

• Autorzy: Witemberg-Perzyk D.

Warianty tytułu

EN

Failure criterions for polymer composites subjected to time-dependent loadings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W wielu pracach stwierdzono wpływ przebiegu obciążania (lub deformacji) w czasie, czyli historii odkształcenia, na naprężenie niszczące dla materiałów reologicznych, w tym kompozytów polimerowych. Do opisu tego typu efektów mogą być zastosowane kryteria zniszczenia, wykorzystujące pojęcia składników właściwej energii odkształcenia postaciowego, a w szczególności ich rozszerzone wersje, uwzględniające akumulację i dysypację energii wskutek zjawisk reologicznych. Celem niniejszej pracy była ocena stosowalności tych kryteriów dla wybranego kompozytu polimerowego w próbach jednoosiowego rozciągania z różnymi programami obciążania. Stwierdzono, że żadna ze składowych energii odkształcenia nie jest stała, a zatem nie może być bezpośrednio zastosowana jako kryterium zniszczenia.

EN

The mechanical properties of polymer materials, including composites, can be significantly time-dependent. In particular, an influence of the course of loading or deformation, i.e. history effect, on failure stress has been observed and described in several previous works. An acknowledged approach to the formulation of the failure criterion of inelastic materials is that utilizing the specific strain energy concept. In the present work tensile strength of a woven fiber reinforced thermoplastic composite was investigated. The tensile tests were carried out in the warp direction, using the MTS model 810 machine, which allowed arbitrary load or cross-head displacement programming in time. Two basic types of loading programs were examined: monotonic with two different machine cross-head speeds 0.05 mm/min and 5 mm/min as well as creep at several constant load levels, preceded by fast monotonic loading. The stored and dissipated energy components were calculated from a rheological material model consisting of the following elements connected in series: Hook's term, time-independent plastic term responsible for deviation of the stress-strain curve due to proceeding structure damages as well as Kelvin's and Newton's terms, responsible for time-dependent energy dissipation and conservation. The model's parameters were calculated by fitting the theoretical curves to stress-strain-time experimental results using the simulated annealing optimization method. The results presented indicate that none of the main energy components is constant, but all of them seem to be linear functions of the failure stress and, consequently, they cannot be directly used as a failure criterion. The failure criterion requires further elaboration and validation for various types of time-load time-dependencies. A good starting point may be the stored strain energy, modified by including its dependency on stress.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt polimerowy; naprężenie niszczące; historia odkształcenia; energetyczne kryterium zniszczenia

EN

polymer composites; failure stress; strain history; strain energy failure criterion

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 1
• Strony: 22--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Witemberg-Perzyk D.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mechaniki i Konstrukcji, ul. Narbutta 85, 02-524 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Jayaraman R., Fracture Criteria to Predict Creep Rupture of Polymers and Polymer Composites, TRIP (Elsevier) 1997,5, 116-122.
• [2] Cardon A.H., Qin Y., Van Vossole C, Bouąuet P., Prediction of the Residual Structural Integrity of a Polymer Matrix Composite Construction Element, Mech. Time-Depend. Mater. 2000, 4, 155-167.
• [3] Bocchieri R.T., Schapery R.A., Experimental Methods for Characterizing the Time-dependent Behavior of Fiber Composites with Growing Damage, Proc. Offshore Technol. Conf, Huston, USA 2000, 3, 355-364.
• [4] Raghavan J., Meschii M., Creep rupture of polymer composites, Compos. Sci. Technol. 1997, 57, 375-388.
• [5] Moore R.H., Dillard D.A., Time-Dependent Matrix Cracking in Cross-Ply Laminates, Compos. Sci. Technol. 1990, 39, 1-12.
• [6] Miyano Y., Nakada M., Muki R., Applicability of fatigue life-prediction method to polymer composites, Mechanics of Time-Dependent Materials 1999, 3, 141-157.
• [7] Witemberg-Perzyk D., Perzyk M.A., Applicability of energy yield criteria to glassy polymers, Acta Polymerica 1987, 38, 107-110.
• [8] Guedes R.M., Mathematical analysis of energies for visco-elastic materials and energy based failure criteria for creep loading, Mechanics of Time-Dependent Materials 2004, 8, 2, 169-192.
• [9] Witemberg-Perzyk D., Boczkowska A., Pakieła Z., Influence of loading course on failure stress of glass fabric reinforced polycarbonate composite, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 1, 51-55.
• [10] Reiner M., Plastic yielding in anelasticity, J. Mech. Phys. Solids l960, 8, 255-260.
• [11] Bychawski Z., Olszak W., Energetyczna interpretacja stanów krytycznych w ciałach lepkosprężystych, IBTP Reports (Prace IPPT PAN) 1967, 2.
• [12] Osada T., Nakai A., Hamada H., Initial fracture behavior of satin woven fabric composites, Composites Structures 2003, 61, 333-339.