MODELING OF CRACKS NUCLEATION IN FIBER COMPOSITE UNDER BENDING

封面

如何引用文章

全文:

详细

Design of fiber-reinforced composite of minimum material consumption at guaranteed reliability and durability requires consideration of cases when cracks may appear in the binder. To know the limit bending loads at which cracks will occur in the binder, it is necessary to carry out the limit analysis of the composite. Proposed design model takes into account the presence of damages (zones of weakened inter-particle bonds of the material) in the fiber composite. Based on this design model a calculation method has been developed for composite parameters at which cracks appear. A thin plate of elastic isotropic medium (matrix) and inclusions (fibers) of another elastic material distributed in the matrix is considered. The plate is bending. It is assumed that at the loading of composite, the cracks initiation and fracture of the composite occur. A closed system of nonlinear algebraic equations is constructed. Solution of the obtained system allows to predict the cracking in composite under bending, depending on geometric and mechanical characteristics of the binder and fiber. A criterion of the cracks nucleation in the composite under the action of bending loads is formulated. Size of limit minimal zones of weakened inter-particle bonds of the material at which the cracks nucleation occurs is recommended to be considered as a design characteristic of the binder material.

作者简介

Shahin Hasanov

Azerbaijan Technical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: hssh3883@gmail.com

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Automobile Transportation and Organization of Transport Department, Azerbaijan Technical University. Scientific interests: strength of road covering, fracture mechanics of structures and constructions.

25 H. Javid Ave, Baku, AZ 1073, Azerbaijan

参考

  1. Mirsalimov V.M., Bakhyshov F.A. (2005). Inverse problem of the fracture mechanics of a composite perforated plate during bending. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 34(5), 28–37.
  2. Li S., Thouless M.D., Waas A.M., Schroeder J.A., Zavattieri P.D. (2005). Use of a cohesive-zone model to analyze the fracture of a fiber-reinforced polymer–matrix composite. Composites Science and Technology, 65, 537–549.
  3. Bakhyshov F.A., Mirsalimov V.M. (2006). Inverse doubly periodic problem of the theory of bending of a plate with elastic inclusions. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 47(4), 588–595.
  4. Lü N.C., Cheng Y.H., Si H.L., Cheng J. (2007). Dynamics of asymmetrical crack propagation in composite materials. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 47(3), 260–273.
  5. Mirsalimov V.M. (2007). Optimal design of a compound plate weakened by a periodic crack system. Mechanics of Solids, 42(2), 231–240.
  6. Savastano Jr H., Santos S.F., Radonjic M., Soboyejo W.O. (2009). Fracture and fatigue of natural fiber-reinforced cementitious composites. Cement and Concrete Composites, 31, 232–243.
  7. Lü N., Li X., Cheng Y., Cheng J. (2011). An asymmetrical dynamic crack model of bridging fiber pull-out of composite materials. Fibers and Polymers, 12(1), 79–88.
  8. Ko Y.F., Ju J.W. (2013). Effects of fiber cracking on elastoplastic-damage behavior of fiber-reinforced metal matrix composites. International Journal of Damage Mechanics, 22, 48–67.
  9. Greco F., Leonetti L., Lonetti P. A two-scale failure analysis of composite materials in presence of fiber/ matrix crack initiation and propagation. Composite Structures, 2013, 95, 582–597.
  10. Mirsalimov V.M., Hasanov F.F. (2014). Interaction between periodic system of rigid inclusions and rectilinear cohesive cracks in an isotropic medium under transverse shear. Acta Polytechnica Hungarica, 11(5), 161–176.
  11. Hasanov F.F. (2014). Fracture of a composite reinforced by unidirectional fibers. Mechanics of Composite Materials, 50(5), 593–602.
  12. Mirsalimov V.M., Hasanov F.F. (2014). Interaction of a periodic system of foreign elastic inclusions whose surface is uniformly covered with a homogeneous cylindrical film and two systems of straight line cracks with end zones. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 43(5), 408–415.
  13. Hao W., Yao X., Ma Y., Yuan Y. (2015). Experimental study on interaction between matrix crack and fiber bundles using optical caustic method. Engineering Fracture Mechanics, 134, 354–367.
  14. Hasanov F.F. (2014). Modelling of crack nucleation in the fibre of composite reinforced with unidirectional fibres under shear. Journal of Mechanical Engineering, 17(2), 17–25. (In Russ.)
  15. Hasanov F.F. (2014). Nucleation of cracks in isotropic medium with periodic system of the circular holes filled with rigid inclusions at longitudinal shear. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings, (3), 44–50. (In Russ.)
  16. Kayumov R.A., Lukankin S.A., Paimushin V.N., Kholmogorov S.A. (2015). Identification of mechanical properties of fiber-reinforced composites. Proceedings of Kazan University. Physics and Mathematics Series, 157(4), 112–132. (In Russ.)
  17. Mirsalimov V.M., Hasanov F.F. (2015). Interaction of periodic system heterogeneous inclusions and cohesive cracks under longitudinal shear. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings, (2), 18–28. (In Russ.)
  18. Polilov A.N. (2014). Mechanisms of stress concentration reduction in fiber composites. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 55(1), 154–163.
  19. Mirsalimov V.M., Askarov V.A. (2016). Minimization of fracture parameters of a composite at bending. Mechanics of Composite Materials, 51(6), 737–744.
  20. Mokhtari A., Ouali M.O., Tala-Ighil N. (2015). Damage modelling in thermoplastic composites reinforced with natural fibres under compressive loading. International Journal of Damage Mechanics, 2015, 24, 1239–1260.
  21. Mirsalimov V.M., Askarov V.A. (2016). Minimization of stress intensity factors for composite reinforced by unidirectional fibers at bending. I. Yakovlev Chuvash State Pedagogical University Bulletin. Series: Mechanics of a Limit State, 3(29), 105–116. (In Russ.)
  22. Mirsalimov V.M., Hasanov F.F. (2015). Nucleation of cracks in an isotropic medium with periodic system of rigid inclusions under transverse shear. Acta Mechanica, 226, 385–395.
  23. Krūmiņš J., Zesers A. (2015). Experimental investigation of the fracture of hybrid-fiber-reinforced concrete. Mechanics of Composite Materials, 51(1), 25–32.
  24. Takeda T., Narita F. (2017). Fracture behavior and crack sensing capability of bonded carbon fiber composite joints with carbon nanotube-based polymer adhesive layer under Mode I loading. Composites Science and Technology, 146, 26–33.
  25. Ju J.W., Wu Y. (2016). Stochastic micromechanical damage modeling of progressive fiber breakage for longitudinal fiber-reinforced composites. International Journal of Damage Mechanics, 25, 203–227.
  26. Bakhshan H., Afrouzian A., Ahmadi H., Taghavimehr M. (2017). Progressive failure analysis of fiberreinforced laminated composites containing a hole. International Journal of Damage Mechanics, https://doi.org/ 10.1177/1056789517715088.
  27. Mirsalimov V.M. (2018). Minimization of stress state of compound body weakened with cracks. Mechanics of Advanced Materials and Structures, https://doi.org/ 10.1080/15376494.2018.1444220.
  28. Mirsalimov V.M. (1987). Neodnomernye Uprugoplasticheskie Zadachi [Non-one-dimensional Elastoplastic Problems]. Moscow, Nauka, 256. (In Russ.)
  29. Panasyuk V.V. (1991). Mehanika Kvazihrupkogo Razrushenija Materialov [Mechanics of Quasibrittle Fracture of Materials]. Kiev, Naukova Dumka, 416. (In Russ.)
  30. Rusinko A., Rusinko K. (2011). Plasticity and Creep of Metals. Berlin; Springer, 434.
  31. Mirsalimov V.M. (2005). Nucleation of crack type defect in the hub of a contact pair. Matematicheskoe Modelirovanie, 17(2), 35–45.
  32. Muskhelishvili N.I. (1977). Some Basic Problem of Mathematical Theory of Elasticity. Amsterdam: Kluwer Academic, 707.
  33. Panasyuk V.V., Savruk M.P., Datsyshyn A.P. (1976). Raspredelenie Naprjazhenij okolo Treshhin v Plastinah i Obolochkah [The Stress Distribution around Cracks in Plates and Shells]. Kiev, Naukova Dumka, 443. (In Russ.)
  34. Savruk M.P. (1981). Dvumernye Zadachi Uprugosti dlja Tel s Treshhinami [Two-dimensional Problem of Elasticity for Bodies with Cracks]. Kiev, Naukova Dumka, 324. (In Russ.)

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».