Experimental and numerical investigation of the damage behaviour of single fibre composites

单纤维复合材料损伤行为的实验和数值研究

基本信息

项目摘要

The project investigates the damage of fibre-reinforced plastics. Therefor the concept of homogenisation is deployed, spanning three scales - micro, meso and macro. The methology to determine the properties of the fibres and the fibre-matrix-interface on the microscale was developed during the first period of the project. To characterise those properties, the comparison of simulations and experimental results of single fibre fragmentation tests (SFFT) and pullout test was used. Furthermore the viscoelastic properties of the matrix material were identified.During the second stage the rate dependend behaviour of the damaged matrix shall be modelled and parameterised by comparison with experiments. Thereby the behaviour of all constituents of the composite is identified. Based on this knowledge the effective behaviour of damaged composites on the macroscale will be determined by means of a two-stage computational homogenisation. This homogenisation includes the simulation of representative stochastic distributions of fibres and their strength on the microscale as well as the reinforcement structure consisting of rovings on the mesoscale.All simulations will be compared to experiments to calibrate parameters of the deployed models or to validate their predictions. Besides the mentioned experiments model composites with few fibres will be used to validate the interaction of interface and matrix damage on the microscale. Results of the homogenisation will be validated by experiments on unidirectional and multiaxial reinforced specimen.The proposed investigation is fundamental. Exemplary the material combination of E-glass and epoxy resin as well as the fibre geometry of the reinforcement are deployed. Nevertheless the results are of direct significance in the application of fibre-reinforced plastics. In comparison to materials like steel or aluminium their potential is exploited poorly due to a lack of quantification of their damage behaviour.
该项目研究了纤维增强塑料的损伤。因此,部署了同质化的概念,跨越了三个量表 - 微型,中索和宏。在项目的第一阶段开发了确定微观纤维和纤维 - 矩阵接口的特性的甲基化学。为了表征这些属性,使用了模拟和单纤维碎片测试(SFFT)和拔出测试的实验结果的比较。此外,还确定了基质材料的粘弹性性能。在第二阶段,应通过与实验进行比较对受损矩阵的速率相关行为进行建模和参数。从而确定了复合材料的所有成分的行为。基于这些知识,宏观上受损的复合材料的有效行为将通过两阶段的计算均质化来确定。该均质化包括模拟纤维的代表性随机分布及其在微观上的强度以及由中尺度上的铺路组成的加固结构。将将所有模拟都与校准已部署模型的参数进行比较或验证其预测。除了上述实验模型复合材料外,还将使用很少的纤维来验证界面和矩阵损伤在微观上的相互作用。均质化的结果将通过对单向和多轴增强标本的实验来验证。拟议的研究是基本的。示例性的E玻璃和环氧树脂以及加固的纤维几何形状的材料组合被部署。然而,结果在纤维增强塑料的应用中具有直接意义。与钢或铝等材料相比,由于缺乏对损害行为的量化,其潜力的利用很差。

项目成果

期刊论文数量(5)
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Application of Real-Time Photoelastic Analysis to Single Fibre Fragmentation Tests
实时光弹分析在单纤维断裂测试中的应用
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/amm.24-25.239
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Blobel u. a.
  • 通讯作者:
    S. Blobel u. a.
A semi-automatic measurement system based on digital image analysis for the application to the single fiber fragmentation test
基于数字图像分析的半自动测量系统应用于单纤维断裂测试
  • DOI:
    10.1117/12.2020268
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Blobel;K. Thielsch;V. Ulbricht
  • 通讯作者:
    V. Ulbricht
On boundary conditions for homogenization of volume elements undergoing localization
局部化体积元均匀化的边界条件
Material Characterization for Constituents of Fiber Reinforced Polymers by Experiments and Prediction of Effective Composite Properties
通过实验和有效复合材料性能预测对纤维增强聚合物成分进行材料表征
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/kem.742.714
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Goldmann;M. Kaestner;V. Ulbricht
  • 通讯作者:
    V. Ulbricht
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Professor Dr.-Ing. Volker Ulbricht (†)其他文献

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