Effective volume of short carbon fibers in a composite from chopped thin tapes


Citar

Texto integral

Resumo

This paper discusses a composite material from chopped thin narrow polymer tapes reinforced with carbon fibers and a polymer binder. The problem is posed to analytically determine the elastic and strength characteristics of the composite with a known minimum set of basic characteristics of the components. A methodology for sequential solving of the problem at the micro- and meso-levels is proposed. The key point in the methodology is the introduction of the “effective fiber volume factor” in the short filament and the way to calculate it using the “load-carrying factor” criterion. The following are presented: the results of calculating  Young’s modulus and tensile strength of material samples from parts of tapes with fixed lengths (6, 12, 18 and 24 mm); comparison with the experimental data and evaluation of accuracy and limits of the applicability of this methodology.

Sobre autores

V. Komarov

Samara National Research University

Autor responsável pela correspondência
Email: vkomarov@ssau.ru
ORCID ID: 0009-0007-9313-5754

Doctor of Science (Engineering), Professor of the Department of Aircraft Construction and Design

Rússia

R. Abdullayev

Samara National Research University

Email: rufat.abdullayev@hotmail.com
ORCID ID: 0009-0002-9756-7689

Postgraduate Student, Department of Aircraft Construction and Design

Rússia

Bibliografia

  1. Obraztsov I.F., Vasil'ev V.V., Bunakov V.A. Optimal'noe armirovanie obolochek vrashcheniya iz kompozitsionnykh materialov [Optimal reinforcement of rotational shells made of composite materials]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1977. 144 p.
  2. Azarov A.V. The problem of designing aerospace mesh composite structures. Mechanics of Solids. 2018. V. 53, Iss. 4. P. 427-434. doi: 10.3103/S0025654418040088
  3. Pavlov A.A. Technological design of parts using layered fabric composite. Ontology of Designing. 2022. V. 12, no. 3 (45). P. 393-404. (In Russ.). doi: 10.18287/2223-9537-2022-12-3-393-404
  4. Schirmaier F.J., Weidenmann K.A., Karget L., Henning F. Characterization of the draping behavior of unidirectional non-crimp fabrics. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016. V. 80. P. 28-38. doi: 10.1016/j.compositesa.2015.10.004
  5. Kurkin E., Spirina M., Barcenas O., Kurkina E. Calibration of the PA6 short-fiber reinforced material model for 10% to 30% carbon mass fraction mechanical characteristic prediction. Polymers. 2022. V. 14, Iss. 9. doi: 10.3390/polym14091781
  6. Wan Y., Takahashi J. Tensile and compressive properties of chopped carbon fiber tapes reinforced thermoplastics with different fiber lengths and molding pressures. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016. V. 87. P. 271-281. doi: 10.1016/j.compositesa.2016.05.005
  7. Wan Y., Straumit I., Takahashi J., Lomov S.V. Micro-CT analysis of internal geometry of chopped carbon fiber tapes reinforced thermoplastics. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016. V. 91. P. 211-221. doi: 10.1016/j.compositesa.2016.10.013
  8. Komarov V.A. Design and material. Ontology of Designing. 2023. V. 13, no. 2 (48). P. 175-191. (In Russ.). doi: 10.18287/2223-9537-2023-13-2-175-191
  9. Novitskiy V.V. Prochnost' i proektirovanie konstruktsiy iz kompozitsionnykh materialov [Strength and design of structures made of composite materials]. Moscow: Zhukovsky Air Force Engineering Academy Publ., 1988. 299 p.
  10. Komarov A.A. Osnovy proektirovaniya silovykh konstruktsiy [Fundamentals of designing load-bearing units]. Kuybyshev: Kuybyshevskoe Knizhnoe Izdatel'stvo Publ., 1965. 88 p.
  11. Optimal design. Theory and applications to materials and structures / ed. by V.V. Vasiliev, Z.G. Gürdal. CRC Press, 1999. 330 p.
  12. Komarov V.A. Weight analysis of aircraft structures: theoretical foundations. Polyot. All-Russian Scientific and Technical Journal. 2000. No. 1. P. 31-39. (In Russ.)
  13. Perel'muter A.V. Synthesis problems in the theory of structures (brief historical review). Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2016. No. 2 (55). P. 70-106. (In Russ.)
  14. Lomov S.V., Ivanov D.S., Verpoest I., Zako M., Kurashiki T., Nakai H., Molimard J., Vautrin A. Full-field strain measurements for validation of meso-FE analysis of textile composites. Composites Part A: Applied science and manufacturing. 2008. V. 39, Iss. 8. P. 1218-1231. doi: 10.1016/j.compositesa.2007.09.011
  15. Bitkin V.E., Zhidkova O.G., Komarov V.A. Сhoice of materials for producing dimensionally stable load-carrying structures. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2018. V. 17, no. 1. P. 100-117. (In Russ.). doi: 10.18287/2541-7533-2018-17-1-100-117
  16. Zhidkova O.G. Konstruktorsko-tekhnologicheskoe proektirovanie termorazmero-stabil'nykh kompozitnykh korpusov kosmicheskikh teleskopov. Dis. ... kand. tekhn. nauk [Design and engineering of thermo-dimensionally stable composite bodies of space telescopes. Dissertation for the Candidate Degree(Engineering)]. Samara, 2020. 175 p.
  17. Rabotnov Yu.N. Mekhanika deformiruemogo tverdogo tela: ucheb. posobie [Mechanics of deformable solid bodies]. Moscow: Nauka Publ., 1988. 712 p.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © VESTNIK of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 2024

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–Compartilhalgual 4.0 Internacional.

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».