Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu ảnh hưởng của khuyết tật lỗ rỗng đến tính chất cơ học của vật liệu composit sợi carbon bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Tóm tắt
Vật liệu composit sợi carbon đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, khuyết tật lỗ rỗng là điều không thể tránh khỏi trong quá trình đóng rắn của các vật liệu composit, điều này ảnh hưởng lớn đến các thuộc tính của vật liệu. Trong bài báo này, một yếu tố thể tích đại diện vi mô ba chiều đã được phát triển bằng phần mềm ABAQUS, và ảnh hưởng của khuyết tật lỗ rỗng lên các tính chất cơ học của vật liệu composit gia cường sợi carbon (CFRC) đã được nghiên cứu. Các ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích, hình dạng và phân bố của lỗ rỗng lên tính chất kéo dọc và ngang của CFRC đã được điều tra. Kết quả cho thấy rằng mô đun đàn hồi ngang và dọc, sức bền giới hạn và sức bền kéo giảm khi tỉ lệ thể tích lỗ rỗng tăng lên. Hình dạng của các lỗ rỗng cũng ảnh hưởng đến các tính chất kéo. Góc bên trong của lỗ rỗng càng nhỏ thì ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi ngang và dọc, sức bền giới hạn và sức bền kéo càng lớn. Ngoài ra, khi sự phân bố của lỗ rỗng thay đổi từ dạng phân tán sang dạng tập trung, mô đun đàn hồi ngang và dọc, sức bền giới hạn và sức bền kéo sẽ giảm đáng kể. Hơn nữa, các khuyết tật lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn hơn đến các tính chất kéo ngang so với các tính chất kéo dọc.
Từ khóa
#khuyết tật lỗ rỗng #vật liệu composit #sợi carbon #phương pháp phần tử hữu hạn #tính chất cơ họcTài liệu tham khảo
D. Zhang, J. Ye, K. Liu, H. Zhou, Effects of void micro-characteristics on the mechanical behavior of CFRP by micromechanical method. Acta. Mater. Compos. Sin. 30(S1), 118–121 (2013)
J. Jin, S. Tong, The finite element analysis of the aligned discontinuous carbon fiber reinforced composite. Light. Ind. Mach. 4, 17–19 (2002)
H.B. Mayya, D. Pai, V.M. Kini, N.H. Padmaraj, Effect of marine environmental conditions on physical and mechanical properties of fiber-reinforced composites—a review. J. Inst. Eng. India Ser. C. 102(3), 843–849 (2021)
M. Madhavi, R. Venkat, Predicting structural behavior of filament wound composite pressure vessel using three dimensional shell analysis. J. Inst. Eng. India Ser. C. 95(1), 41–50 (2014)
H. Yu, H. You, J. Chen, Y. Qu, Research on voids of fiber reinforced polymer. Compos. Mater. Sci. 07(01), 25–31 (2017)
D.W. Kim, J.H. Lim, S.W. Kim, Y.H. Kim, Micro-computed tomography-aided modeling for misaligned and noncircular fibers of unidirectional composites and validation under a transverse tensile loading. Compos. Sci. Technol. 212, 108879 (2021)
S.B. Brahim, R.B. Cheikh, Influence of fiber orientation and volume fraction on the tensile properties of unidirectional Alfa-polyester composite. Compos. Sci. Technol. 67(1), 140–147 (2007)
C. Dong, Effects of process-induced voids on the properties of fiber reinforced composites. J. Mater. Sci. Technol. 32(7), 597–604 (2016)
B. Li, M. Zhao, X. Wan, Influence of irregular-void on transverse tenslie mechanical properties of composites. Acta. Mater. Compos. Sin. 36(2), 356–361 (2019)
D.A. Vajari, C. González, J. Llorca, B.N. Legart, A numerical study of the influence of micro voids in the transverse mechanical response of unidirectional composites. Compos. Sci. Technol. 97, 46–54 (2014)
B. Li, M. Zhao, X. Wan, Influence of void micro-characteristics on transverse tensile strength of unidirectional carbon fiber / epoxy resin composites. Acta. Mater. Compos. Sin. 35(07), 1864–1868 (2018)
M. Wang, P. Zhang, Q. Fei, F. Guo, Computational evaluation of the effects of void on the transverse tensile strengths of unidirectional composites considering thermal residual stress. Compos. Struct. 227, 111287 (2019)
L. Liu, M. Lu, B. Zhang, D. Wang, Y. Zheng, C. Zhang, Effect of porosity on the ultrasonic absorption coefficient and mechanical strength of carbon/epoxy composites. Acta. Mater. Compos. Sin. 21(5), 116–120 (2004)
W. Ma, F. Liu, Effect of porosity on the attenuation coefficient and mechanical properties of glass fiber reinforced composites. Acta. Mater. Compos. Sin. 29(5), 69–74 (2012)
H. Zhu, Research on effect and evaluation of voids on properties of carbon/epoxy composite laminates (Harbin Institute of Technology, Harbin, 2010)
M.R. Wisnom, T. Reynolds, N. Gwilliam, Reduction in interlaminar shear strength by discrete and distributed voids. Compos. Sci. Technol. 56, 93–101 (1996)
P.O. Hagstrand, F. Bonjour, J.A.E. Månson, The influence of void content on the structural flexural performance of unidirectional glass fibre reinforced polypropylene composites. Compos. Part A-Appl. S. 36(5), 705–714 (2005)
M. Chwał, A. Muc, FEM micromechanical modeling of nanocomposites with carbon nanotubes. Rev. Adv. Mater. Sci. 60(1), 342–351 (2021)
M. Romanowicz, A numerical approach for predicting the failure locus of fiber reinforced composites under combined transverse compression and axial tension. Comp. Mater. Sci. 51(1), 7–12 (2012)
L. Yang, Y. Yan, Y. Liu, Z. Ran, Microscopic failure mechanisms of fiber-reinforced polymer composites under transverse tension and compression. Compos. Sci. Technol. 72(15), 1818–1825 (2012)
Y. Pan, Y. Yu, S. Zhu, G. Qi, Multi-scale modelling of unidirectional composite under longitudinal tensile loading based on three-dimensional load transfer mechanisms. FRP/CM 6, 5–10 (2015)
P. Xiao, W. Liu, K. Liu, Z. Huang, Study on distribution and morphology characteristic of void in CFRP composites. FRP/CM. 02, 062–066 (2016)
Z. Hua, X. Zhou, J. Liu, Morphology of pores in carbon fiber reinforced plastics. Acta. Mater. Compos. Sin. 22(6), 103–107 (2005)
M. Kashfi, M. Tehrani, Effects of void content on flexural properties of additively manufactured polymer composites. Composites Part C Open Access 6, 100173 (2021)
G. Yamamoto, M. Onodera, K. Koizumi, J. Watanabe, H. Okuda, F. Tanaka, T. Okabe, Considering the stress concentration of fiber surfaces in the prediction of the tensile strength of unidirectional carbon fiber-reinforced plastic composites. Compos. Part A-Appl. S. 121, 499–509 (2019)
L. Liu, B. Zhang, D. Wang, Z. Wu, Effects of cure cycles on void content and mechanical properties of composite laminates. Compos. Struct. 73(3), 303–309 (2006)
P. Olivier, J.P. Cottu, B. Ferret, Effects of cure cycle pressure and voids on some mechanical properties of carbon/epoxy laminates. Composites 26(7), 509–515 (1995)
W. Zhou, W. Zhu, Q. Xu, Y. Ke, Out-of-plane tensile failure behavior of fiber reinforced composites due to lay-up temperature induced intra-ply and inter-ply voids. Compos. Struct. 271, 114150 (2021)
L. Qi, X. Chao, W. Tian, W. Ma, H. Li, Numerical study of the effects of irregular pores on transverse mechanical properties of unidirectional composites. Compos. Sci. Technol. 159, 142–151 (2018)