Modelling fatigue with self-heating of polymeric composites baesd on statistical analysis of temperature profiles

• Autorzy: Wachla D. , Katunin A.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie zmęczenia z samorozgrzaniem kompozytów polimerowych na podstawie analizy statystycznej profili temperaturowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The self-heating effect occurring during the fatigue loading of polymeric composite structures subjected to cyclic loading or vibration is a result of energy dissipation appearing due to the viscoelastic properties of the matrix of such composites. The occurrence of the self-heating effect during the operation of structural elements is very dangerous, since the increasing selfheating temperature intensifies the initiation and propagation of fatigue damage, and may significantly shorten the residual life of such elements. Following this, it is necessary to control this process. The theoretical models developed to date may be inaccurate in predicting the residual life of a structure subjected to fatigue with the appearance of self-heating, especially after the initiation of structural damage. Therefore, the authors proposed the empirical model based on estimating the parameters from the self-heating temperature profiles with statistical analysis of these parameters, which allows one to determine the estimators and predict the residual life of composite structures working in such conditions in more accurate way.

PL

Efekt samorozgrzania, powstający podczas obciążeń zmęczeniowych struktur wykonanych z kompozytów polimerowych poddanych cyklicznemu obciążaniu lub drganiom, jest wynikiem dyssypacji energii, inicjowanej ze względu na lepkosprężyste właściwości osnowy tych kompozytów. Powstawanie efektu samorozgrzania podczas eksploatacji elementów strukturalnych jest bardzo niebezpieczne, gdyż wzrost temperatury samorozgrzania intensyfikuje inicjację i propagację uszkodzeń zmęczeniowych i może znacząco obniżyć trwałość resztkową tych elementów. Mając to na uwadze, należy kontrolować ten proces. Dotychczas opracowane modele teoretyczne mogą być niedokładne w predykcji trwałości resztkowej struktury poddanej zmęczeniu z występującym samorozgrzaniem, zwłaszcza po inicjacji uszkodzeń strukturalnych. Dlatego autorzy zaproponowali model empiryczny oparty na estymacji parametrów na podstawie profili temperaturowych samorozgrzania z analizą statystyczną tych parametrów, co pozwala wyznaczyć estymatory i przewidywać trwałość resztkową struktur kompozytowych pracujących w takich warunkach z większą dokładnością.

Słowa kluczowe

EN

fatigue; polymeric composites; self-heating effect; mmodelling damage evolution

PL

zmęczenie; kompozyty polimerowe; efekt samorozgrzania; modelowanie przyrostu uszkodzeń

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 4
• Strony: 202--209
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wachla D.

• Silesian University of Technology, Institute of Fundamentals of Machinery Design, ul. S. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Katunin A.

• Silesian University of Technology, Institute of Fundamentals of Machinery Design, ul. S. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Katunin A., Critical self-heating temperature during fatigue of polymeric composites under cyclic loading, Composites Theory and Practice 2012, 12(1), 72-76.
• [2] Katunin A., Fidali M., Fatigue and thermal failure of polymeric composites subjected to cyclic loading, Advanced Composites Letters 2012, 21(3), 63-69.
• [3] Montesano J., Fawaz Z., Bougherara H., Use of infrared thermography to investigate the fatigue behavior of a carbon fiber reinforced polymer composite, Composite Structures 2013, 97, 76-83.
• [4] Katunin A., Domination of self-heating effect during fatigue of polymeric composites, Procedia Structural Integrity 2017, 5, 93-98.
• [5] Ratner S.B., Korobov V.I., Self-heating of plastics during cyclic deformation, Polymer Mechanics 1965, 1(3), 63-68.
• [6] Oldyrev P.P., Self-heating and failure of plastics under cyclic loading, Polymer Mechanics 1967, 3(3), 322-328.
• [7] Oldyrev P.P., Tamuzs V.P., Energy dissipation in a glassreinforced plastic during prolonged cyclic deformation, Strength of Materials 1969, 1(3), 244-248.
• [8] Oldyrev P.P., Malinskii A.M., Effect of the temperature on high-cycle fatigue of organic-fiber-reinforced plastic, Mechanics of Composite Materials 1983, 19(2), 192-197.
• [9] Oldyrev P.P., Allowance for the heating of a glass-fiber plastic in high cycle fatigue tests, Mechanics of Composite Materials 1987, 24(1), 39-43.
• [10] Constable I., Williams J.G., Burns D.J., Fatigue and cyclic thermal softening of thermoplastics, Journal of Mechanical Engineering Science 1970, 12(1), 20-29.
• [11] Toubal L., Karama M., Lorrain B., Damage evolution and infrared thermography in woven composite laminates under fatigue loading, International Journal of Fatigue 2006, 28(12), 1867-1872.
• [12] Bellenger V., Tcharkhtchi A., Castaing P., Thermal and mechanical fatigue of a PA66/glass fibers composite material, International Journal of Fatigue 2006, 28(10), 1348-1352.
• [13] Ramkumar A., Kannan K., Gnanamoorthy R., Experimental and theoretical investigation of a polymer subjected to cyclic loading conditions, International Journal of Engineering Science 2010, 48(2), 101-110.
• [14] Tamuzs V., Dzelzitis K., Reifsnider K., Prediction of the cyclic durability of woven composite laminates, Composites Science and Technology 2008, 68(13), 2717-2721.
• [15] Katunin A., The conception of the fatigue model for layered composites considering thermal effects, Archives of Civil and Mechanical Engineering 2011, 11(2), 333-343.
• [16] Katunin A., Thermal degradation of polymer laminates, Specialist Monographic Series “Library of Maintenance Problems” no. 2336, The Publishing House of the Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom 2012.
• [17] Lahuerta F., Westphal T., Nijssen R.P.L., Self-heating forecasting for thick laminate specimens in fatigue, Journal of Physics: Conference Series 2014, 555, 012062.
• [18] Mortazavian S., Fatemi A., Mellott S.R., Khosrovaneh A., Effect of cycling frequency and self‐heating on fatigue behavior of reinforced and unreinforced thermoplastic polymers, Polymer Engineering and Science 2015, 55(10), 2355-2367.
• [19] Yadolah D., The Concise Encyclopedia of Statistics, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2008.
• [20] Kendall M.A., New measure of rank correlation, Biometrika 1938, 30(1-2), 81-89.
• [21] Snedecor G.W., Cochran W.G., Statistical Methods, 8-th edition, Iowa State University Press, 1989.
• [22] Shapiro S.S., Wilk M.B., An analysis of variance test for normality, Biometrika 1965, 52(3-4), 591-611.
• [23] Hazen A., Storage to be provided in the impounding reservoirs for municipal water supply, Transactions of the American Society of Civil Engineers 1914, 77, 1547-1550.
• [24] Welch B.L., The generalization of "Student's" problem when several different population variances are involved, Biometrika 1947, 34(1-2), 28-35.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).