Mikromechaniczne modelowanie nieliniowej charakterystyki odkształcenie naprężenie dla kompozytu szklano-epoksydowego ściskanego w poprzek włókien

• Autorzy: Romanowicz M.

Warianty tytułu

EN

Micromechanical modeling of the nonlinear stress-strain behavior in glass/epoxy lamina subjected to transverse compression

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy wyznaczania, na podstawie modeli mikromechanicznych, nieliniowej charakterystyki odkształcenie- naprężenie dla kompozytu szklano-epoksydowego ściskanego w poprzek włókien. W pracy wykorzystano heksagonalny element reprezentatywny (RVE) uwzględniający istnienie interfazy oraz metodę elementów skończonych (MES). W celu identyfikacji mechanizmów zniszczenia rozpatrzono trzy modele numeryczne. Przyjęto założenie, że nieliniowość krzywej ściskania jest efektem złożonego mechanizmu pękania kompozytu w wyniku plastycznego ścinania matrycy i interfazy połączonego z odklejaniem się włókien na granicy interfejsu. Wymienione efekty modelowano za pomocą kryterium Coulomba, przyjmując w tym celu różne naprężenia krytyczne matrycy, interfazy i interfejsu. Adekwatność modeli mikromechanicznych MES oceniono na podstawie porównania wyznaczonych numerycznie krzywych ściskania z danymi eksperymentalnymi dla kompozytu szklano-epoksydowego.

EN

Using micromechanics models, which take into account existence of a interphase region, the nonlinear stress-strain relationship for a glass/epoxy lamina subjected to transverse compression was determined in this paper. To compute stress for given strain, the three-phased unit cell with a hexagonal symmetry that accounts for imperfect interface condition and nonlinear finite element method were employed. An identification of failure mechanisms from micromechanics models was presented. A general assumption that mechanisms of plastic deformation along shear bands in matrix and fiber-matrix debonding are responsible for the nonlinear stress-strain behavior in glass/epoxy lamina subjected to transverse compression was validated. To predict the damage evolution in the epoxy matrix and the development of interface debonding, the Mohr-Coulomb criterion was used. Model predictions were compared with experimental results for glass/epoxy lamina.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie; charakterystyka nieliniowa; odkształcenie; naprężenie

EN

modelling; nonlinear characteristics; deformation; tension

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej
• Czasopismo: Acta Mechanica et Automatica
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 3, no. 2
• Strony: 8--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., Wykr.

Twórcy

autor

Romanowicz M.

Bibliografia

• 1. Anifantis N. K. (2000), Micromechanical stress analysis of closely packed fibrous composites, Compos Sci Technol, 60:1241-1248.
• 2. Asp L. E., Berglund L. A., Talreja R. (1996), Effects of fiber and interphase on matrix-initiated transverse failure in polymer composites, Compos Sci Technol, 56:657-665.
• 3. Bradley W. L. (1989), Matrix toughness and interlaminar fracture toughness. In. Fridrich K. editor Composite materials series, Vol.6, Application of fracture mechanics to composite materials, Elsevier.
• 4. Caporale A., Luciano R., Sacco E. (2006), Micromechanical analysis of interfacial debonding in unidirectional fiberreinforced composites, Comput Struct, 84:2200-2211.
• 5. Davis J. E., Qu J. (2000), Numerical analysis of fiber fragmentation in a SiC/Al single-fiber composite specimen, Compos Sci Technol, 60:2297-2307.
• 6. Fiedler B., Hojo M., Ochiai S., Shulte K., Ando M. (2001), Failure behaviour of epoxy matrix under different kinds of static loading, Compos Sci Technol, 61:1615-1624.
• 7. Fisher F. T., Brinson L. C. (2001), Viscoelastic interphases in polymer–matrix composites: theoretical models and finiteelement analysis, Compos Sci Technol, 61:731-748.
• 8. Gonzalez C., Lorca J. (2007), Mechanical behavior of unidirectional fiber-reinforced polymers under transverse compression: Microscopic mechanisms and modeling, Compos Sci Technol, 67:2795-2806.
• 9. Hashin Z. (1990), Thermoelastic properties of fiber composites with imperfect interface, Mech Mater, 8:333-348.
• 10. Hinton M. J., Kaddour A. S., Soden P. D. (editors) (2004), Failure criteria in fibre reinforced polymer composites. The world-wide failure exercise, Elsevier.
• 11. Lagache M., Agbossou A., Pastor J., Muller D. (2000), Role of interphase on the elatic behaviour of composite materials: theoretical and experimental analysis, J Compos Mater 1994, 28:1140-1157.
• 12. Liu Y. J., Xu N., Luo J. F. (2000), Modeling of interphases in fiber-reinforced composites under transverse loading using the boundary element method, J Appl Mech; 67:41–49.
• 13. Mahiou H, Beakou A. (1998), Modelling of interfacial effects on the mechanical properties of fibre-reinforced composites, Compos: Part A, 29A:1035-1048.
• 14. Mai K., Mader E., Muhle M. (1998), Interphase characterization in composites with new non-destructive methods, Compos: Part A, 29A:1111-1119.
• 15. MSC.Nastran, Handbook for nonlinear analysis, editor Sang H. Lee, MSC Software, 1992.
• 16. Nassehi V., Dhillon J., Mascia L. (1993), Finite element simulation of the micromechanics of interlayered polimer/fibre composite: a study of the interactions between the reinforcing phases, Compos Sci Technol, 47:349-358.
• 17. Puck A., Schurmann H. (2002) Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models, Compos Sci Technol, 62:1633–62.
• 18. Soden P. D., Hinton M. J., Kaddour A. S. (1998), Lamina properties, lay-up configurations and loading conditions for a range of fibre-reinforced composite laminates, Compos Sci Technol; 58:1011–22.
• 19. Thomason J. L., (1995), The influence region in glass fibrereinforced epoxy resin composites: 3. Characterization of fibre surface coatings and the interphase, Composites, 26:487-498.
• 20. Wacker G., Bledzki A. K., Chate A. (1998), Effect of interphase on the transverse Young’s modulus of glass/epoxy composites, Compos: Part A, 29:619-626.
• 21. Yang F., Pitchumani R. (2004), Effects of interphase formation on the modulus and stress concentration factor of fiberreinforced thermosetting-matrix composites, Compos Sci Technol , 64:1437-1452.
• 22. Zhou X. F., Wagner H. D., Nutt S. R., (2001), Interfacial properties of polimer composites measured by push-out and fragmentation tests, Compos: Part A, 32:1543-1551.