O kompozytach uzbrojonych dwiema rodzinami włókien

Marks, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

O kompozytach uzbrojonych dwiema rodzinami włókien

Autorzy

Marks M.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://prace.ippt.gov.pl/

Identyfikatory

Warianty tytułu

The composites reinforced by two families of fibres

Języki publikacji

Abstrakty

Praca dotyczy kompozytów zbrojonych włóknami ciągłymi, mającymi szerokie zastosowanie zwłaszcza w nowoczesnych materiałach kompozytowych, w których matryca polimerowa, ceramiczna lub ze stopów metali uzbrojona jest włóknami szklanymi, węglowymi lub stalowymi, Również matryca betonowa, częściej zaprawa cementowa, może być zbrojona włóknami ciągłymi ułożonymi w sposób regularny, jak np. siatkami stalowymi (siatkobeton) lub ciągłymi włóknami np. szklanymi alkalioodpornymi jak również w klasie wysokowartkościowych kompozytów SIMCON, w których ciągłe włókna tworzące maty zatopione są w specjalnie zaprojektowanym zaczynie. Rozważany jest materiał kompozytowy uzbrojony włóknami ciągłymi. Kompozyt składający się z matrycy uzbrojonej dwiema rodzinami włókien, ułożonymi symetrycznie względem płaszczyzny środkowej. Rodzinę włókien stanowią włókna identyczne ułożone równolegle względem siebie w pewnym kierunku na płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny środkowej. Założono, że zarówno matryca, jak i włókna są materiałami liniowo sprężystymi. Założono, że w kierunkach stycznych do rodzin występuje zgodność odkształceń między matrycą a włóknami. Celem pracy jest znalezienie w elemencie kompozytowym utworzonym z matrycy uzbrojonej dwiema rodzinami włókien ciągłych przy zadanych obiążeniach takich kątów ułożenia włókien, przy których energia idkształcenia osiąga minimum. Poza tym tak dobierano kąty nachylenie włókien i zawartość objętościową włókien, aby energia odkształcenia oraz koszt rozpatrywanego elementu kompozytowego osiągały minimum. Również w materiale kompozytowym osłabionym n szczelinami oddziaływującymi na siebie poszukiwano takich kątów nachylenia rodzin włókien, aby największy współczynnik wyzwalania energii przyjmował wartości minimalne.

The paper concerns composite materials reinforced by continuous fibres. They have widespread use, particularly in modern composite materials in which polymer, ceramic or metal alloy matrix is reinforced by glass, carbon or steel fibres. Concrete matrix. most often cement mortar, cam by reinforced using continuous fibres arranged in a regular way, e.g. steel mesh (ferrocement) or continuous alkali-resistant glass fibres, as well as in SIMCON, a high performance composite class in which continuous fibre mats are immersed in a specially designed slurry. The objective of this paper is to find - in a composite element consisting of the matrix reinforced by two families of continuous fibres, at a given imposed loading - such angles of inclination of fibres at which the strain energy attains minimum. Apart from this, angles of inclination and volumetric content of fibres were selected so, that the strain energy and the cost of the composite element under consideration attained minimum. In a composite material seakened by n interacting cracks, a search was also carried out to find such fibre families inclination angles for which the maximum energy release coefficient assumed minimum walues.

Słowa kluczowe

kompozyty materiały konstrukcyjne kompozytowe materiały konstrukcyjne sztuczne włókna mineralne włókna szklane

composites construction materials mineral fibers glass fibers

Wydawca

Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Czasopismo

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

Rocznik

2004

Tom

nr 1

Strony

3--161

Opis fizyczny

Bibliogr. 109 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Marks M.

Pracownia Pól Odkształceń IPPT PAN

Bibliografia

1. Aitcin P.C., High-performance concrete, E&FN SPON, 1998.
2. Adali S., Convex and fuzzy modeling of uncertainlies in the optirnal design of composite structures, w: Optimal Design with Advanced Materials, red. P.Pcdersen, Elsevier Science Publishers B.V.,1993.
3. Arduini M., Nanni A., Behavior of precracked RC beams strengthened with Carbon FRP sheets, Journal of Composilcs for Construclion, 5, 1997.
4. Avcston J., Cooper G.A., Kelly A., Single and multiple fracture. I’he properties of fibrę composites, Conf. Proc. National Physics Lab., 1PC Science and Tcchnol. Press, 1971, 15-24.
5. Badaliance R„ Gupla G.G., Growth characteristics of two interacting cracks, Eng. Fract. Mech., 8, 2, 1976, 341-353.
6. Banichuk N.V„ Optimization problems for elastic anisotropic bodies, Archives of Mcchanics, 33, 3, 1981, 347-363.
7. Binienda W.K., Arnold S.M., Tan H.Q., Xu M.H., Stress intensity factors in a fully interacting, multicraced, isotropic plate, Comp. Mech., 12,5, 1993,297-314.
8. Binienda W.K., Crack interaction in brittle anisotropic materials, Arch. Mech., 47, 1, 1995, 39-67.
9. Blicharski M., Wstęp do inżynierii materiałowej, WNT, 1998.
10. Brandmeier H.E., Optimum filament orientation criteria, Journal of Composite Materials, 4, 1970, 422-425.
11 Brandt A.M., Materiały złożone - kompozyty. Budowa i właściwości. Kompozyty betonowe, w: Wybrane zagadnienia z mechaniki kompozytów, Wydawnictwa Politechniki Białostockiej, Białystok 1982.
12. Brandt A.M., O składowych energii zniszczenia w zginanych elementach fibrobetonowych (SFRC), Arch. Inż. Ląd.., 28, 3-4, 1982, 271-279.
13. Brandt A.M., On the optimization of the internal structure of fibre reinforced composite materials, w: Proc. 164 Euromech. Coll. Optimization Methods in Structural Design, red. H. Eschenauer i N. Olhoff, Wissenschaftsverlag BI ( Bibliographisches Institut ) Sieger 1982,295-300.
14. Brandi A.M., On the optimal direction of short metal fibres in brittle matrix composites, J. Mater. Sci., 20, 1985, 3831-41.
15. Brandt A.M., Influence of the fibre orientation on the energy absorption at fracture of SFRC specimens, w: Proc. Int. Symp. Brittle Matrix Composites 1, Jabłonna 1985, red. A.M.Brandt i I.H.Marshall Elsevier Applied Sci. Publ.London 1986, 403-420.
16. Brandt A.M., Influence of the fibre orientation on the mechanica properties of fibre reinforced cement ( FRC ) specimens, w: Proc. Int Congrcs RILEM, vol. 2, Versailles 1987, 651-658.
17. Brandt A.M. (red.), Metody optymalizacji materiałów kompozytowych o matrycach cementowych, Studia z Zakresu Inżynierii, 38, Warszawa 1994.
18. Brandt A.M., Cement-based composites: materials, mechanical properties and performance, E&FN Spon, 1995.
19. Brandt A.M. (red.), Optimization methods for material design t cement-based composites, E&FN Spon, 1998.
20. Brandt A.M., Marks M., Optymalizacja składu i struktury kompozytów betonowych, XXXVIII Konf. Nauk. KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 1992.
21. Brandt A.M., Marks M., Optimization of cement based composites, w: Proc. Int. Conf. “Concrete 92”, Techeran 1992, 429-441.
22. Brandt A.M., Marks M., Examples of the multicriteria optimization of cement-based, composites, Composite Structures, vol. 25, 1993, 51-60.
23. Brandt A.M., Marks M., Optimization of the material structure and composition of cement based composites, Cement and Concrete Composites, vol. 18, 1996, 271-279.
24. Cheng G., Pedersen P., On sufficiency conditions for optimal design based on ekstremum principles of mechanics, J. Mech. Phys. Solids, 45, 1, 1997, 135-150.
25. Cinquini C., Rovati M., Optimal orientation of orthotropic properties for continuum bodies and structural elements, w: Optimization of Large Structural Systems, G.I.N. Rozwany (red.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, vol.2, 1993, 707-729.
26. Cowin S.C., Optimization of the strain energy density in linear anisotropic elasticity, Journal of Elasticity, 34, 1994, 45-68.
27. Cox H.L., The general principles governing the stress analysis of composites, w: Proc. Conf., Fibre Reinforced Materials: Design and Engineering Applications, Institution of Civil Engineers, Londyn 1977,9-13.
28. Cherepanov G.P., Mechanics of brittle fracture, Me Graw-Hill, 1979.
29. Dacyszin A.D., Sawruk M.D., Układ dowolnie rozmieszczonych szczelin w ciałach sprężystych, Matematyka i Mechanika Stosowana (Prikl. Mat. Mekh. po rosyjsku), 37, 1973, 326-332.
30. Delale F., Erdogan F., The problem of internal and edge cracks in an orthotropic strip, ASME Journal of Applied Mechanics, 44, 2, 1977, 237-242.
31. Delale F., Bakirtas I., Erdogan F., The problem of an inclined crack in an orthotropic strip, ASME Journal of Applied Mechanics, 46, 1, 1979, 90-96.
32. Delale F., Erdogan F., Bonded orthotropic strips with cracks, International Journal of Fracture, 15,4, 1979, 343-364.
33. Ehsani M.R., Saadatmanesh H., Tao S., Design recommendations for bond of GFRP rebars to concrete. Journal of Struct. Eng. Div., ASCE, 122(3), 1996, 247-254.
34. Erdogan F., Gupta G.D., On the numerical solution of singular integral equations. Quart. Appl. Math., 29,4, 1972, 525-534.
35. Erdogan F., Gupta G.D., Cook T.S., Numerical solution of singular integral equations, w: Methods of analysis and solutions of crack problems, w: Mechanics of Fracture, G.C. Sih (red.), Noordhoff International Publishing, Leyden, 1, 1973, 368-425.
36. Erdogan F., Mixed boundary-value problems in mechanics. Mechanics Today, red. S. Nemat-Nasser, 4, Pergamon Press, New York 1978, 1-32.
37. Eschenauer H.E., Numerical and Experimental Investigations on Structural Optimization of Engineering Design, Inst, of Mech. and Control Engineering, Univ. of Sicgen, FR Germany, Sicgen 1986.
38. Ewcrt S., Die Fiberline Brjcke der Welt aus glasfaserverstarkten Kunststoffen ubereine Bahnstrecke, Bauingenieur, Januar 1, 1998.
39. Fuchs W., Strukturanalyse und Optimierung anisotroper Schalen aus Vertundwerkstoff, Universität - GH Sicgen, praca doktorska, 1986.
40. German J„ Podstawy mechaniki kompozytów włóknistych, skrypt, Politechnika Krakowska, 1996.
41. Glinicki M.A., Marks W., Optymalizacja wielokryterialna hybrydowego uzbrojenia wldknistego materialu kompozytowego, XXXVIII Konf. Nauk. KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 1992, 1.3, 25-30.
42. Glinicki M.A., Mechanizmy kruchości i trwałość kompozytów cementowych z włóknami szklanymi, IPPT PAN, praca habilitacyjna, 11,1999.
43 Golberg M.A., Introduction to the numerical solution of Cauchy singular integral equations, w: Numerical Solution of Integral Equations, M.A. Golberg (red.), Plenum Press, New York 1990, 183- 308.
44. Grzeszczyk S., Wybrane materiały kornpozytowe w budownictwie, XLVII Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Opole- Krynica, 2001, 255-273.
45. Harvey W.J., A reinforced plastic footbridge. Aberfcldy, UK. Structural Engineering International, 4, 1993, 229-232.
46. Head P., looking ahead. Bridge Design & Engineering, 10, 1995.
47. Hirano Y., Optimum design of laminated plates under shear, J. Composite Materials, 13, Oct. 1979, 329-334.
48. Hirano Y., Optimization of laminated composite plates and shells, w: Proc. of IUTAM Symposium on Mechanics of Composite Materials, red. Hashin Z„ Hcrakovich C.T., Pergamon Press, 1982, 355-365.
49. Holnicki-Szulc J., Zagadnienia sprężania w ośrodkach dwufazowych, Mechanika Teoretyczna i Stosowana, 1, 16, 1978, 41-55.
50. Holnicki-Szulc J., Dystorsje w układach konstrukcyjnych. Analiza, sterowanie, modelowanie, PWN, Warszawa-Poznań, 1990.
51. Horii H., Nemat-Nasser S., Elastic fields of interacting inhomogeneities, Int. J.Solids Structures, 21, 7, 1985, 731-745.
52. Hwang C.L., Masud A.S.M., Multiple Objective Decision Maiking - Methods and Applications - A State-of-art-survey. Lecture notes in Economics and Mathematical Systems, Springer-Verlag, Berlin 1979.
53. Ioakimidis N.I., A strange convergence property of the Lobatto- Chebyshev method for the numerical determination of stress intensity factors, Computers & Structures, 17, 2, 1983, 205-209.
54. Jcndo S., Marks W., O wielokryterialnej optymalizacji konstrukcji, Archiwum Inż. Lądowcj, 1984, 30, 1.
55. Kachanov M., Elastic solids with many cracks: a simple method of analysis. Int. J.Solids Structures, 23, 1, 1987, 23-43.
56. Karihaloo B.L., Optimum design of high-performance Steel fibre- reinforced concrete mixes w: Proc. Int. Symp. Brittle Matrix Composites 6, red. A.M. Brandt, V.C.Li, I.H. Marshall, ZTUREK RSI and Woodhead Publ., Warsaw 2000, 3-16.
57. Kasperkiewicz J., Wytrzymałość i odkształcalność fibrobetonu przy rozciąganiu osiowym, w: Mechanika kompozytów betonopodobnych, red. J. Kasperkiewicz, Ossolineum, 1982, 23-69.
58. Kasperkiewicz J., Struktura wewnętrzna a procesy pękania w kompozytach z kruchą matrycą, IPPT PAN, praca habilitacyjna, 39, 1983.
59. Kelly A., Davies G.J., The principles of the fibre reinforcement of metals, Metallurgical Review, 10, 37, 1965, 1-77.
60. Knott J.F., Fundamentals of fracture mechanics, Butterworths, London 1973.
61. Krstulovic-Opara N., Al-Shannag M.J., Slurry infiltrated mat concrete (SIMCON)-based shear retrofit of reinforced concrete members, ACI Structural Journal, January-February 1999.
62. Li V.C., Wang Y., Backer S., Fracture energy optimization in synthetic fiber reinforced cementitious composites, w: Proc. Sump. 26-28 November 1990, Boston, red. S. Mindess i J. Skalny, Mat. Res. Soc. Vol. 211, Pittsburgh, 1991, 63-69.
63. Li V.C., Maalej M., Hashida T., Optimization of discontinous fiber composites, w: Proc. ASCE 9th Engineering Mechanics Conf. 1992.
64. Majumdar A.J., Glass fibres and compositions containing glass ftbres, US Patent 3 887 386,1975.
65. Mallick P.K. (red), Composites engineering handbook, Marcel Dekker, Inc., 1997.
66. Marks M., Podstawowe pojęcia mechaniki zniszczenia, w: Mechanika kompozytów betonopodobnych, red. J. Kasperkiewicz, Ossolineum, 1982, 341-376.
67. Marks M., Elementy kompozytowe o minimalnej odkształcalności uzbrojone dwiema rodzinami włókien, Rozprawy Inżynierskie, 36, 3, 1988,541-562.
68. Marks M., Optimal fibre orientation in concrete like composites, w: Proc. Inf. Symp. Brittle Matrix Composites 2, Cedzyna 1988, red. A.M. Brandt i I.H. Marshall, Elsevier Applied Science, London 1989, 54-64.
69. Marks M., Optimal fibre orientation in composite element, Mechanika Teoretyczna i Stosowana 4, 30, 1992, 769-782.
70. Marks M., Optymalizacja uzbrojenia dwiema rodzinami włókien, w: Metody optymalizacji materiałów komozytowych o matrycach cementowych, A.M. Brandt (red.), Studia z Zakresu Inżynierii, 38, Warszawa 1994, 184-198.
71. Marks M., Determination of strain energy release rates at crack ends in a composite reinforced by two families of fibres, Archives of Civil Engineering, XLV, 1, 1999, 21-57.
72. Marks M., Analiza i optymalizacja kompozytów uzbrojonych dwiema rodzinami włókien, Studia z Zakresu Inżynierii, 49, Warszawa 2000.
73. Marks M., Element kompozytowy o minimalnej odkształcalności, II Sympozjon Kompozyty, Konstrukcje Warstwowe, PTMTS - Oddział we Wrocławiu, Karpacz 7-9.11, 2002, 173-180.
74. Marks M., Marczewska I., Optimization orientation of fibres in composite disc, Archives of Civil Engineering, L, 4, 2004 (w druku).
75. Matczyński M., Sokołowski M., Interaction of cracks in elastic media, Arch. Mech., 34, 23, 1982, 89-104.
76. Muller D., Positioned reinforcement for enhanced GRC performances, Proc. Int. Congress GRC’98, Glassfibre Reinforced Cement Association, Cambridge, 14-16 April, 1998.
77. Mullin J.V., Mazzio V.F., Optimizing composite properties, Society for the Advancement of Materials and Process Engineering (SAMPE) Quartely, 3, 2, 1972, 22-27.
78. Muskhelishvili N.I., Osobliwe równania całkowe, Państwowe Wydawnictwo Fizyczno-Matematycznej Literatury, Moskwa 1962 (po rosyjsku).
79. Naaman A.E., SIFCON tailored properties for structural performance, in High performance fibre-reinforced cement composites, red. H.W. Reinhardt, A.E. Naaman, Proc. Int. Workshop RILEM/ACI, 23-26 June 1991, Mainz, Chapman and Hall/ Spoon, London 1992, 18-38.
80. Neimitz A., Mechanika pękania, PWN, Warszawa, 1998.
81. Osyczka A., Computer Aided Multicriterion Optimization System (CAMOS), International Software Publishers, Kraków 1992.
82. Panasjuk W.W., Sawruk M.P., Dancyszin A.P., Rozkład naprężęń wokół szczelin w płytach i powłokach, Naukowa Dumka, Kijów, 1976 (po rosyjsku).
83. Pedersen P., On optimal orientation of orthotropic materials. Structural Optimization, 1, 1989, 101-106.
84. Pedersen P., Bounds on elastic energy in solids of orthotropic materials. Structural Optimization, 2, 1990, 55-63.
85. Pedersen P., On thickness and orientational design with orthotropic materials, Structural Optimization, 3, 1991, 69-78.
86. Pedersen P., Bendspe M.P., On strain-stress fields resulting from optimal orientation, Proc. WCSMO-1, Goslar, Germany, Elsevier, 1995, 243-250.
87. Puciłowski K., Przewidywanie wybranych właściwości kompozytów w mechanice technicznej, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Mechanika, z.128, 1990.
88. Romalis N.B., Tamuż V.P., Propagacja głównej rysy w materiale z rozmieszczonymi mikrorysami, Mechanika Kompozytowych Materiałów, 1, 1984,42-51 (po rosyjsku).
89. Rovati M., Taliercio A., On coaxiality of stress and strain fields and stationarity of elastic energy in anisotropic solids, Short Papers of the Fifth Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization WCSMO-5, Lido di Jesolo, Italy, 19-23.05, 2003, 237-238.
90. Sacchi Landriani G., Rovati M., Optimal design of two-dimensional structures made of composite materials, Journal of Engineering Materials and Technology, 113, 1991, 88-92.
91. Schmit L.A., Farshi S.N., Optimum design of laminated fibre composite plates, Int. Journ. for Num. Methods in Engineering, Vol. 11, 1977, 623-640.
92. Schittkowski K., The nonlinear method of Wilson, Han and Powell with an augmented lagrangian type line search function, Numerische Mathematic 38, 1981.
93. Siwowski T., Radomski W., Pierwsze krajowe zastosowania taśm kompozytowych do wzmocnienia mostu, Inżynieria i Budownictwo, 7, 1998.
94. Sokołowski M., Teoria pękania a elastostatyka klasyczna, w: Mechanika zniszczenia, teoria i zastosowanie, Konf. Jabłonna 1974 PAN, Ossolineum 1976.
95. Spencer A.J.M., Constitutive theory for strongly anisotropic solids, wyklady na kursie “Continuum Theory of the Mechanics of Fibre- Reinforced Composites”, CISM Udine, 20-24. 07, 1981.
96. Sumerak J.E., Variable cross-section pultruded profiles offer new design options for structural applications, Proceedings of ICCE, 2, August 1995.
97. Swiatecki S., A plastic composite bridge claimed to be the world’s first to cross a railway has been built in Denmark, Civil Engineering International, 10, 1997.
98. Świtka R., Equations of the fibre composite plates, Engineering Trans., 40, 2, 187-201, 1992.
99. Świtka R., Thermoelasticity of fiber composites, J. Theoret. and Applied Mech. 33, 2, 1995, 385-400.
100. Świtka R., Stresses in the neighbourhood of a line crack in an infinite sheet made of fibrous composite, Studia Geotechnica et Mechanica, 23, 1-2, 2001,5-31.
101. Tauchert T.R., Adibhatla S., Optimum elastic design of a reinforced beam, J. Composite Materials, 16, Sept., 1982,433-445.
102. Tauchert T.R., Adibhatla S., Design of laminated plates for maximum stiffness, J. Composite Materials, 18, Jan., 1984.
103. Theocaris P.S., Ioakimidis N.I., Numerical integration methods for the solution of singular integral eąuations, Quarteriy of Applied Mathcmatics, April, 1977, 173-183.
104. Thomsen J., Olhoff N., Optimization of fibre orientation and concentration in composites, Control and Cybemetics, 19, 1990, 327- 341.
105. Thomsen J., Optimization of composite discs, Structural Optimization, 3, 1991,89-98.
106. Trochymiak W., Mosty z polimerów wzmacnianych włóknami. Drogownictwo 4,1999.
107. Wang J., Karihaloo B.L., Design of crack-insensitive composite laminates, Optimal Design with Advanced Materials, red. P.Pedersen, Elsevier Science Publishers B.V.,1993.
108. Wilczyński A.P., Polimerowe kompozyty włókniste, WNT, 1996.
109. Wnuk M.P., Podstawy mechaniki pękania. Skrypt Akademii Górniczo-Hutniczej, Kraków 1977.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPB4-0018-0003