On optimal orientation of fibres in disc element

• Autorzy: Marks M.

Warianty tytułu

PL

O optymalnej orientacji włókien w elemencie tarczowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A disc element is considered in which the matrix is reinforced with two families of continuous fibres. The stress and strain states were determined in an element subjected to normal and tangential loads. The minimum strain energy is chosen as the optimization criterion. The strain energy is determined with respect to the system of principal axes of stress. It is shown that for optimal angles of fibres the principal stress directions and the principal strain directions are aligned. Assuming particular cases of loading in the high performance cementitious composite element reinforced by steel fibres the optimal angles of inclination of fibres as well as their dependence on principal stress directions were obtained. The optimal angles of fibre arrangement depend on the material constants of matrix and fibres, on the magnitude of load, and on the volumetric content of fibres.

PL

Niniejsza praca dotyczy elementu tarczowego utworzonego z matrycy uzbrojonej dwiema rodzinami włókien ciągłych. Określono stan naprężenia i odkształcenia w elemencie poddanym obciążeniom normalnym i stycznym. Jako kryterium optymalizacji przyjęto minimum energii odkształcenia elementu kompozytowego, wyrażoną w układzie kierunków naprężeń głównych. Wykazano, że przy optymalnych kątach ułożenia włókien kierunki główne naprężeń i odkształceń są współliniowe. Przy różnych obciążeniach normalnych i stycznych wyznaczono optymalne kąty ułożenia włókien i ich zależność od kierunku naprężeń głównych w wysokowartościowym kompozycie o matrycy cementowej uzbrojonej włóknami stalowymi. Optymalne kąty ułożenia włókien zależą od stałych materiałowych matrycy i włókien, od działających obciążeń oraz od zawartości objętościowej włókien.

Słowa kluczowe

PL

element tarczowy; orientacja włókien; naprężenie; odkształcenie; obciążenie normalne; element kompozytowy; kąt optymalny; obciążenie styczne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 50, nr 3
• Strony: 365--379
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., il.

Twórcy

autor

Marks M.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences

Bibliografia

• 1. C. CINQUINI, M. ROVATI, Optimal orientation of orthotropic properties for continuum bodies and structural elements, [In:] Optimization of Large Structural Systems, G.I.N. Rozwany [cd.], Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, vol.2, 1993, 707-729.
• 2. S.C. COWIN, Optimization of the strain energy density in linear anisotropic elasticity, J. of Elasticity, 34, 45-68, 1994.
• 3. M. MARKS, Composite elements of minimum deformability reinforced with two families of fibres [in Polish], Engineering Trans. (Rozpr. lnż.), 36, 3, 541-562, 1988.
• 4. M. MARKS, Optimization of reinforcement composed with two families of fibres, [in:] Optimization methods for material design of cement-based composites, A.M. Brandt [ed.], E&FN Spoon, 7, London and New York 1998, 199-215.
• 5. M. MARKS, Analysis and optimisation of composites reinforced by two families of fibres [in Polish], Studies in CiviI Engineering (Studia z Zakresu Inżynierii), 49, Warszawa 2000.
• 6. M. MARKS, Fibre-reinforced composite element of minimum deformability, Studia Geotechnica et Mechanica, 25, 3-4, 77-87, 2003.
• 7. P. PEDERSEN, Bounds on elastic energy in solids of orthotropic materials, Structural Optimization, 2, 55-63, 1990.
• 8. P. PEDERSEN, On thickness and orientational design with orthotropic materials, Structural Optimization, 3, 69-78, 1991.
• 9. Sacchi Landriani G., Rovati M., Optimal design of two-dimensional structures made of composite materials, J. Enging. Mat. and Technol., 113, 88-92, 1991.