Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tiêu chí Bền Vững Phụ Thuộc Tốc độ Biến Dạng cho Phân Tích Hư Hỏng Tiến Bộ của Vật Liệu Ghép Dựa Trên Lý Thuyết Hư Hỏng Northwestern
Tóm tắt
Việc hư hỏng phụ thuộc vào tốc độ biến dạng của vật liệu composite gia cố sợi với ma trận tăng cường (IM7/8552) đã được xác định thực nghiệm trong khoảng tốc độ biến dạng tĩnh (10−4 s−1) đến động (103 s−1) thông qua việc thử nghiệm các mẫu lamina không trục và laminate góc. Một khuôn khổ hư hỏng tiến bộ đã được đề xuất để mô tả sự chuyển đổi từ hành vi đàn hồi tuyến tính sang hành vi vật liệu phi tuyến tính do được xác định từ phản ứng ứng suất-biến dạng của vật liệu đo được trong thực nghiệm, và Lý thuyết Hư hỏng Northwestern đã được điều chỉnh để cung cấp một bộ tiêu chí ứng suất dẻo rõ ràng nhằm dự đoán quá trình ứng suất dẻo của các hợp chất bị chi phối bởi ma trận thông qua các độ bền cắt ngang căng (F2ty), nén cắt ngang (F2cy) và độ bền cắt trong mặt phẳng (F6y). Lý thuyết cơ sở đã được xác thực bằng việc xác định tính ứng dụng của những tiêu chí ứng suất dẻo dựa trên chế độ hư hỏng mới. Bắt đầu từ lamina, các tiêu chí được đề xuất đã dự đoán chính xác quá trình ứng suất dẻo bị chi phối bởi ma trận. Tiếp theo, các laminate góc đã được nghiên cứu để tách biệt hành vi laminate bị chi phối bởi ma trận dựa trên hướng sợi, và các dự đoán đã được tìm thấy phù hợp hơn nhiều với kết quả thực nghiệm so với những lý thuyết hư hỏng cổ điển. Các kết quả chỉ ra tiềm năng của việc sử dụng Tiêu chí Bền Vững và Hư Hỏng Northwestern để cung cấp cơ sở dự đoán cho sự lan truyền hư hỏng từ ứng suất đến hỏng lamina cuối cùng trong các laminate composite.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
ASME. Guide for Verification and Validation in Computational Solid Mechanics. ASME V&V 10. 2006:1–36
Hart-Smith LJ (1993) The role of biaxial stresses in discriminating between meaningful and illusory composite failure theories. Compos Struct 25:3–20
Razi H, Schaefer JD, Wanthal S (2016) Rapid Integration of New Analysis Methods in Production, 31st ASC Technical Conference and ASTM D30 Meeting
Arguelles A, Vina J, Canteli AF (2011) Influence of the matrix type on the mode I fracture of carbon-epoxy composites under dynamic delamination. Exp Mech 51(3):293–301
Costa ML, Botelho EC (2005) Paiva JMFd, Rezende MC. Characterization of cure of carbon/epoxy Prepreg used in aerospace field. Mater Res 8(3):317–322
Eibl S (2008) Observing Inhomogeneity of Plastic Components in Carbon Fiber Reinforced Polymer Materials by ATR-FTIR Spectroscopy in the Micrometer Scale. J Compos Mater 42(12):1231–1246
Lee J, Soutis C (2007) A study on the compressive strength of thick carbon fibre–epoxy laminates. Compos Sci Technol 67(10):2015–2026
Marasco AI, Cartié DDR, Partridge IK, Rezai A (2006) Mechanical properties balance in novel Z-pinned sandwich panels: out-of-plane properties. Compos A: Appl Sci Manuf 37(2):295–302
Murri GB (2013) Evaluation of delamination onset and growth characterization methods under mode I fatigue loading. NASA/TM-2013-217966
Tsotsis TK, Keller S, Lee K, Bardis J, Bish J (2001) Aging of polymeric composite specimens for 5000 hours at elevated pressure and temperature. Compos Sci Technol 61(1):75–86
Wolfrum J, Eibl S, Lietch L (2009) Rapid evaluation of long-term thermal degradation of carbon fibre epoxy composites. Compos Sci Technol 69(3–4):523–530
NIAR, NCAMP. Hexcel 8552 IM7 Unidirectional Prepreg 190 gsm & 35% RC Qualification Material Property Data Report. 2011 April 22, 2011;CAM-RP-2009-015(Rev A)
Daniel IM, Luo J-J, Schubel PM, Werner BT (2009) Interfiber/interlaminar failure of composites under multi-axial states of stress. Compos Sci Technol 69(6):764–771
Daniel IM, Cho J-M, Werner BT, Fenner JS (2011) Characterization and Constitutive Modeling of Composite Materials Under Static and Dynamic Loading. AIAA J 49(8):1658–1664
Daniel IM, Werner BT, Fenner JS (2011) Strain-rate-dependent failure criteria for composites. Compos Sci Technol 71(3):357–364
Werner BT, Daniel IM (2012) Characterization and modeling of polymeric matrix under static and dynamic loading. SEM XII International Congress & Exposition on Experimental & Applied Mechanics 2012. Costa Mesa, CA
Schaefer JD, Werner BT, Daniel IM (2014) Strain-Rate-Dependent Failure of a Toughened Matrix Composite. Exp Mech 54(6):11–20
Karim MR, Fatt MSH (2006) Rate-dependent constitutive equations for carbon fiber-reinforced epoxy. Polym Compos 27(5):513–528
Koerber H, Camanho PP (2011) High strain rate characterisation of unidirectional carbon–epoxy IM7-8552 in longitudinal compression. Compos A: Appl Sci Manuf 42(5):462–470
Thiruppukuzhi SV, Sun CT (2001) Models for the strain-rate-dependent behavior of polymer composites. Compos Sci Technol 61(1):1–12
Catalanotti G, Camanho PP, Marques AT (2013) Three-dimensional failure criteria for fiber-reinforced laminates. Compos Struct 95(0):63–79
Werner BT, Daniel IM (2014) Characterization and modeling of polymeric matrix under multi-axial static and dynamic loading. Compos Sci Technol 102:113–119
Schaefer JD (2014) Matrix dominated failure of fiber-reinforced composite laminates under static and dynamic loading. Northwestern University, Dissertation
Daniel IM, Schaefer JD, Werner B (2015) Yield criteria for matrix and composite materials under static and dynamic loading, 20th international conference on composite materials, July 19-24
Werner BT, Schaefer JD, Daniel IM (2013) Effect of Ply Dispersion on Failure Characteristics of Multidirectional Laminates. SEM 2013 Annual Conference & Exposition on Experimental and Applied Mechanics; June 3–5; Lombard, IL2013
Cuntze RG (2004) The predictive capability of failure mode concept-based strength criteria for multi-directional laminates—part B. Compos Sci Technol 64(3–4):487–516
Jadhav A, Woldesenbet E, Pang S-S (2003) High strain rate properties of balanced angle-ply graphite/epoxy composites. Compos Part B 34(4):339–346
Daniel IM, Ishai O (2006) Engineering mechanics of composite materials. Oxford University Press, Oxford, New York