مقایسه فعالیت آنتی ‌باکتریایی پانسمان های کامپوزیتی بیومتریال دارای استرپتومایسین-دیکلوفناک با پانسمان های زخم ضد‌میکروبی مبتنی بر بازرگانی نقره‌

Comparison of in vitro antibacterial activity of streptomycin-diclofenac loaded composite biomaterial dressings with commercial silver based antimicrobial wound dressings

چکیده
1- مقدمه
2- روش ها
2-1- مواد
2-2- تهیه پانسمان های پلیمری کامپوزیتی
2-3- آماده سازی نمونه های باکتریایی
2-4- حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) استرپتومایسین و دیکلوفناک
2-5- فعالیت ضد باکتریایی فیلم های ضد میکروبی، ویفرها، و پانسمان های تجاری نقره
2-6 آنالیز آماری
3-نتایج
3-1-حداقل غلظت مهارکنندگی استرپتومایسین و دیکلوفناک
3-2-فعالیت ضدمیکروبی استرپتومایسین خالص و شاهد دیکلوفناک
3-3- فعالیت ضدباکتریایی فیلم های پلی اوکس-کاراژینان (105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
3-4- فعالیت ضدباکتریایی فیلم‌های پلی اوکس-سدیم آلژینات ( 105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
3-5- فعالیت ضدباکتریایی ویفرهای پلی اوکس-کاراژینان و پلی اوکس-سدیم آلژینات ( 105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
3-6- اثر ضدمیکروبی پانسمان های تجاری زخم ( 105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
4- بحث
5-نتیجه‌گیری
منابع

چکیده

زخم‌های آلوده‌ی مزمن به آهستگی بهبود پیدا می‌کنند و نشان‌دهنده‌ی التهاب طولانی‌مدت، تشکیل بیوفیلم، مقاومت باکتریایی، ترشحات التهابی زیاد و فعالیت ضدمیکروبی ناکارآمد است. پانسمان‌های کامپوزیتی (فیلم‌ها و ویفرها) شامل پلی‌اوکس/کاراژینان (POL-CAR) و پلی‌اوکس/سدیم آلژینات (POL-SA)، حاوی دیکلوفناک (DLF) و استرپتومایسین (STP) فرموله شده و برای مقایسه‌ی فعالیت ضدمیکروبی علیه 105*2 سی اف یو بر میلی‌لیتر از اشریشیا کلی، سودوموناس آئروژینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس که زخم‌های مزمن را نشان می‌دهند با پانسمان‌های نقره‌ی موجود در بازار استفاده شدند. حداقل غلظت مهاری (MIC) بیشترین مقدار را برای دیکلوفناک نسبت به استرپتومایسین به دلیل فعالیت ضدباکتریایی غیرمرسوم دیکلوفناک نشان داد. پانسمان‌های دیکلوفناک و استرپتومایسین بیشترین اثر را در برابر اشریشیا کلی، سودوموناس آئروژینوزا و استافیلوکوک اورئوس داشتند. پانسمان پلی‌اوکس-سدیم آلژینات بیشترین اثر را بر علیه این سه باکتری نسبت به پانسمان پلی‌اوکس-کاراژینان داشت، در حالیکه پانسمان‌های دیکلوفناک و استرپتومایسین فعالیت ضدباکتریایی قویتری نسبت به پانسمان‌های برپایه‌ی نقره نشان دادند. فیلم‌ها اثر ضدباکتریایی بیشتری نسبت به دو ویفر و پانسمان‌های نقره داشتند. دیکلوفناک و استرپتومایسین می‌توانند نه تنها به طور سینرژیک برای کشتن باکتری‌ها اقدام نمایند بلکه از تشکیل بیوفیلم و مقاومت آنها در مقایسه با پانسمان‌های نقره نیز ممانعت می‌کنند، ضمن اینکه التهاب مزمن مربوط به آلودگی را کاهش می‌دهند.

5- نتیجه‌گیری

به نظر می‌رسد پانسمان‌های پلیمری کامپوزیتی حاوی استرپتومایسین و دیکلوفناک اثر مهاری بالاتری را در برابر سه استرین باکتریایی در مقایسه با پانسمان‌های تجاری حاوی نقره نشان دادند. استرپتومایسین می‌تواند به کاهش آلودگی از طریق فعالیت‌های ضدمیکروبی و بالقوه به صورت سینرژیک با دیکلوفناک کمک کند، در حالیکه همچنین دیکلوفناک می‌تواند به دلیل فعالیت ضدالتهابی به کاهش تورم و درد مربوط به صدمه‌ کمک نماید. با این حال، این موارد نیازمند بررسی بیشتر در کشت‌های سلولی در محیط in vitro (برای زنده ماندن سلول و مهاجرت/تکثر سلولی) و در محیط in vivo جانوری هستند.

Abstract

Infected chronic wounds heal slowly, exhibiting prolonged inflammation, biofilm formation, bacterial resistance, high exudate and ineffectiveness of systemic antimicrobials. Composite dressings (films and wafers) comprising polyox/carrageenan (POL-CAR) and polyox/sodium alginate (POL-SA), loaded with diclofenac (DLF) and streptomycin (STP) were formulated and tested for antibacterial activity against 2 × 105 CFU/mL of Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus representing infected chronic wounds and compared with marketed silver dressings. Minimum inhibitory concentration (MIC) showed higher values for DLF than STP due to non-conventional antibacterial activity of DLF. The DLF and STP loaded dressings were highly effective against E. coli, P. aeruginosa and S. aureus. POL-SA dressings were more effective against the three types of bacteria compared to POL-CAR formulations, while the DLF and STP loaded dressings showed greater antibacterial activity than the silver-based dressings. The films, showed greater antibacterial efficacy than both wafers and silver dressings. STP and DLF can act synergistically not only to kill the bacteria but also prevent their resistance and biofilm formation compared to silver dressings, while reducing chronic inflammation associated with infection.

5- Conclusion

Composite polymer based dressings containing STP and DLF appear to show significantly higher inhibition of the three bacterial strains compared to silver containing commercial dressings. STP can help to reduce bacterial infection by its known antimicrobial action and potentially in synergy with DLF while the latter can also help to reduce the swelling and pain associated with injury due to its anti-inflammatory action. However, these will, require further investigations in an in vitro cell culture (for cell viability and cell migration/proliferation) and in vivo animal study

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مقایسه فعالیت آنتی ‌باکتریایی پانسمان های کامپوزیتی بیومتریال دارای استرپتومایسین-دیکلوفناک با پانسمان های زخم ضد‌میکروبی مبتنی بر تجاری نقره‌

Comparison of in vitro antibacterial activity of streptomycin-diclofenac loaded composite biomaterial dressings with commercial silver based antimicrobial wound dressings

ژئوفوم پلی استایرنی منبسط شده در ساخت و ساز پیاده رو

Expanded polystyrene geofoam in pavement construction

چکیده
1- مقدمه
2- خواص مواد
2- 1- تولید ژئوفوم EPS
2- 2- چگالی
2- 3- مقاومت فشاری
2- 4- مدول یانگ و نسبت پواسون
2- 5- مقاومت برشی
2- 6- خزش و دوام
2- 7- مقاومت حرارتی، مقاومت شیمیایی و جذب رطوبت
2- 8- ملاحظات زیست‌محیطی
3- ملاحظات ساخت
3- 1- مقاومت خمشی و ظرفیت تحمل (باربرد)
3- 2- شناوری و بارگذاری لرزه‌ای
3- 3- نشست
3- 4- ملاحظات مربوط به ترکیب روکش جاده
4- کاربردهای طراحی
4- 1- طراحی ماده پرکننده سبک‌وزن
4- 2- تعدیل یا میرایی نویز/ ارتعاش
4- 3- حفاظت از سرویس‌های زیرزمینی
4- 4- عایق حرارتی
5- محدودیت‌ها
5- 1- طراحی ناقص یا اقدامات ساخت نامناسب
5- 2- اشتعال‌پذیری
5- 3- یخ‌زدگی دیفرانسیلی یا تفاضلی
6- ملاحظات ساخت
6- 1- آماده‌سازی مکان
6- 2- فشرده‌سازی
6- 3- اصلاح (دستکاری) و حفاظت از اشعه ماورای بنفش
6- 4- لایه‌بندی و نحوه قرارگیری
7- تضمین کیفی
7- 1- ثبت سوابق
7- 2- آزمایش و نمونه‌برداری
8- بررسی‌های موردی
8- 1- بازسازی دیواره خاکی پل فلوم، اسلو، نروژ
8- 2- بازسازی جاده بین‌ایالتی 15، سالت لیک سیتی، ایالات متحده آمریکا
8- 3- بازسازی جاده ماتلینگوگ، روتردام، هلند
9- نتیجه‌گیری

چکیده

پلی‌استایرن منبسط شده (EPS)، راهکارهایی را در اختیار بسیاری از مسائل مرتبط با ساخت پیاده‌رو مهندسی عمران قرار داده است. با استفاده از ژئوفوم EPS، بر مسائلی همچون احداث پیاده‌رو بر روی خاک‌های بستر با ظرفیت تحمل (باربرد) اندک (همچون خاک‌های تورب‌دار و خاک‌های رسی)، یا در مناطقی با زمستان‌های شدید، و ساخت پیاده‌رو بر روی سرویس‌های زیرزمینی غلبه شده است. این مواد در بسیاری از کاربردهای پیاده‌روسازی یا ایجاد روکش مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از جمله این کاربردها می‌توان به استفاده از ژئوفوم EPS به عنوان پرکننده سبک‌وزن، به عنوان عایق حرارتی، لرزش‌گیر و برای حفاظت از سرویس‌های زیرزمینی اشاره نمود. متاسفانه موانعی بر سر راه استفاده از ژئوفوم EPS به عنوان یک ماده استاندارد در سراسر جهان وجود دارد. برای توسعه و گسترش دانش فنی لازم برای ممانعت از استفاده غیرموثر و حتی نادرست از ژئوفوم EPS لازم است تلاش‌های گسترده‌ای صورت گیرد. همچنین توسعه کاربردهای جدید و نوآورانه برای استفاده از ژئوفوم EPS و توسعه استانداردهای به‌روز و فرایندهای آزمون نیازمند انجام پژوهش‌های گسترده‌تر در این زمینه است. برای تسهیل انجام تحقیق در این حوزه‌ها، در این مقاله مروری به بحث در خصوص ملاحظات طراحی، محدودیت‌ها و روش‌های تضمین کیفیت برای استفاده از EPS در کاربردهای مربوط به پیاده‌رو و روکش‌سازی پرداخته شده و توصیه‌هایی برای نقاط ضعف موجود در این زمینه‌ها ارائه شده‌اند. همچنین در این مقاله به بررسی جزئیات مربوط به مطالعات موردی قبلی که در آنها از EPS استفاده شده است، پرداخته شده و همچنین خواص مکانیکی EPS و سرانجام فرایند ساخت آن مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

1- مقدمه

پلی‌استایرن منبسط شده (EPS)، یک ماده ژئوسنتز (زمین‌ساخت) پلیمری با ساختار سلولی به هم پکیده است. ساخت این ماده مستلزم گرمادهی دانه‌های انبساط‌پذیر پلی‌استایرن با بخار و قرارگیری این دانه‌های پلی‌استایرن منبسط شده با گرما درون قالب برای ایجاد بلوک‌هایی منشوروار از EPS است [1]. این بلوک‌ها برای استفاده در دسته‌ای از کاربردهای مهندسی عمران ساخته می‌شوند. یکی از این کاربردهای اولیه، ایجاد روکش برای مقابله با مسئله مربوط به خاک‌های با ظرفیت تحمل اندک است، کاربردی که با موفقیت بسزایی همراه بوده و بیش از چهار دهه است که مورد قبول قرار گرفته و از آن استفاده می‌شود [2]. از دیگر کاربردهای EPS می‌توان به استفاده از آن به عنوان عایق حرارتی، درون‌گیر به‌هم‌فشردنی، تثبیت شیب، ساخت آبراهه پل، ساخت جایگاه تماشاچیان در استادیوم‌ها و حتی کاهش نویز/ ارتعاش اشاره نمود [3- 5].

9- نتیجه‌گیری

پلی‌استایرن منبسط شده به یکی از مواد همه‌منظوره و چندبعدی مبدل شده است که از آن در ده‌ها کاربرد مهندسی ژئوتکنیک به ویژه در ساخت روکش‌های جاده‌ای می‌توان استفاده نمود. این موضوع احتمالاً ناشی از خواص جالب توجه مکانیکی ژئوفوم EPS است. شایان ذکر است که ماهیت سبک‌وزن آن (که آن را به عنوان یکی از مواد پرکننده عالی مطرح ساخته است)، هدایت گرمایی اندک آن (که آن را به عایق روکش جاده‌ای مطلوبی در اقلیم‌های سرد مبدل نموده است)، تراکم‌پذیری آن (که بکارگیری آن در محافظت از سرویس‌های زیرزمینی را تسهیل نموده است) و سرانجام توانایی میراسازی ارتعاشی آن (که آن را به یک میراگر ارتعاشی بالقوه مبدل ساخته است) از مهم‌ترین ویژگی‌های این ماده می‌باشند.

Abstract

Expanded polystyrene (EPS) has offered solutions to many civil engineering problems associated with pavement construction. Issues, such as the construction of pavements on low bearing capacity subgrade soils (such as peats and clays), or in regions with severe winters, and the construction of pavements over underground services, have all been overcome with the use of EPS geofoam. This material is used for many pavement applications. These include the use of EPS geofoam as a lightweight fill, as a thermal insulator, a vibration dampener, and for the protection of underground services. Unfortunately, there are a number of barriers that are stopping the use of EPS geofoam from becoming standard worldwide. More has to be done to develop and proliferate technical knowledge to avoid the inefficient, and even the incorrect use of EPS geofoam. There is also room for research in the development of new and innovative applications for the use of EPS geofoam, and for the development of updated standards and test procedures. To facilitate research in these areas, this review paper discusses the design considerations, limitations, and quality assurance procedures for the use of EPS in pavement applications, while paying special attention to the areas of weakness for which recommendations are made. Furthermore, this review paper details historic case studies in which EPS was used, as well as discusses the mechanical properties of EPS, and, finally, its manufacturing process.

1- Introduction

Expanded polystyrene (EPS) is a polymeric geosynthetic material with a cellular closed cell structure. Its manufacture involves the heating of expandable beads of polystyrene with steam, and the placement of these heated expanded polystyrene beads into moulds to create prismatic blocks of EPS [1]. These blocks are manufactured for use in a variety of civil engineering applications. One of its primary applications is in pavement construction to counter the issue of low bearing capacity subgrade soils, an application that has been very successful, and, consequently, has been widely adopted and utilised for more than four decades [2]. Other applications of EPS include thermal insulation, compressible inclusion, slope stability, bridge abutment construction, stadium seating construction, and even noise/vibration dampening [3–5].

9- Conclusion

Expanded polystyrene appears to be a versatile material that can be used in a myriad of geotechnical engineering applications, particularly in pavement construction. This is possible due to the interesting mechanical properties of EPS geofoam. Most notably, its lightweight character, which allows it to be an excellent fill material, its low thermal conductivity, which makes it a suitable pavement insulator in cold climates, its compressibility, which facilitates its application in the protection of underground services, and finally, its vibration dampening qualities that makes it a potential vibration dampener.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ژئوفوم پلی استایرنی منبسط شده در ساخت و ساز پیاده رو

Expanded polystyrene geofoam in pavement construction

فرآوری، تغییرات میکروساختاری و خصوصیات استقامت کامپوزیت های ماتریس منیزیم در محل که حاوی ذرات SiCNO مشتق پلیمری در اندازه نانویی می باشند

Processing, microstructural evolution and strength properties of in-situ magnesium matrix composites containing nano-sized polymer derived SiCNO particles

Abstract

In-situ Mg matrix composites are fabricated by combining both liquid- and solid-state processing routes. Firstly, liquid polymer was injected into the molten Mg at a temperature of 800 °C to initiate pyrolysis. In-situ pyrolysis aids in the conversion of liquid polymer into sub-micron sized SiCNO particles (mean particle size in the range of 0.5–1 µm) and Mg2Si particles. Most of the polymer derived SiCNO particles were pushed by the solidification front and as a result segregated at the grain boundaries of as-cast composites (mean grain size in range of 50–65 µm) during subsequent solidification process. Formation of Mg2Si phase could be minimized by reducing the pyrolysis temperature from 800 to 700 °C. Single pass friction stir processing (FSP) of these as-cast composites lead to improved homogeneity in the SiCNO particle distribution, particle refinement (mean particle size of about 200–300 nm) and grain refinement (mean grain size in range of 2.5–3.5 µm). Mechanical properties (hardness, compressive yield stress, ultimate compressive stress, strain to failure and strain hardening exponent) of the FS processed composites were enhanced significantly as compared to their as-cast counterparts. Strengthening mechanisms and numerical models are being evoked to explain the observed yield strength in these two stage processed composites.

1 Introduction

Magnesium metal matrix composites (MMMCs) have significant potential in the design and manufacturing of next generation automotive and aerospace vehicles having light weight and reduced fuel consumption [1,2]. In-situ composite fabrication techniques seem to be gaining attraction since it overcomes several issues (non-uniformity of particle distribution, poor wettability and weak interfaces) associated with composites produced by conventional processing techniques [3,4]. In general, in-situ MMCs consist of ultra fine-sized and thermodynamically stable ceramic particles, clean and unoxidized ceramic-metal interfaces with high interfacial strength, due to improved wettability. There exist several variants of in-situ processes. These include both liquid metallurgy, and solid state processing routes [5–10]. Bhingole [7] added magnesium nitrate as oxygen supplying agent into the molten Mg-alloy and synthesized in-situ AZ91 matrix composites by in-situ reactive formation of hard MgO and Al2O3 particles. Despite the fact that numerous in-situ MMC processing routes are reported in the literature [5–10], their reaction pathways and chemical kinetics are complex to understand. Sudarshan et al. [11,12] developed a novel processing route to synthesize in-situ Mg-based MMCs by utilizing pyrolysis of polymer precursor within the molten Mg. Since polymer precursor contain all the constituents of ceramic phases within organic molecules itself, an in-situ pyrolysis aids in the conversion of polymer into ceramic particles without any chemical reaction between precursor and the host metal. However, they indentified two critical processing issues [11,12]: firstly the reaction between polymer precursor and magnesium melt results in the formation of brittle Mg2Si particles at pyrolysis temperature ranging from 800 to 1000 °C. This brittle Mg2Si phase impairs the ductility of resulting composite. Further, this leads to the reduction in the amount of polymer precursor available for generation of sub-micron sized SiCNO particles. Secondly, most of the polymer derived ceramic (PDC) particles were pushed away by the solidification front and as a result segregated at the grain boundaries. Such grain boundary segregation limits the enhancement in the mechanical properties of the final in-situ MMCs.

The nature and magnitude of interactive force between the ceramic particles and solidification front determines the nature of particle distribution in the final MMCs [13]. If the net force is attractive, the particles could be trapped within grain resulting in uniform dispersion where as repulsive forces leads to segregation of particles at the grain boundaries. Rapid solidification processing [14] and disintegrated melt technique [15] minimize the grain boundary segregation due to higher cooling rate to certain extent; however, it is difficult to understand and control the nature of interactive forces, and the solidification variables preciously during large-scale manufacturing of cast composites. Secondary process such as hot extrusion is more often used to bring about uniformity in particle distribution and to eliminate /minimize casting defects in the composites [16]. However, under non optimal conditions this may lead to some level of texture and anisotropy in the particulate MMCs.

In the present investigation, friction stir processing (FSP), one of the well-established solid state processing technique [17] has been explored as a technique to achieve both grain refinement and uniform distribution of reinforced particle distribution in the cast composites. These improvements have accrued due to intense material flow and dynamic recrystallization (DRX) which are the main attributes of FSP. Therefore, FSP can be utilized to minimize the grain boundary segregation of particles in the as-cast in-situ MMCs. In addition, FSP can also be used to eliminate/minimize casting defects akin to hotextrusion process. Arora et al. [18] observed the formation of in-situ nano-particles during FSP of AE42 Mg-alloys. Ranjit [19] modified the as-cast microstructures of Al-TiC in-situ composites by FSP. Ajay et al. [20] achieved a five-fold increase in microhardness of Cu-based in-situ MMCs after introducing polymer precursor by multi-pass friction stir processing (FSP). In their work, since the pyrolysis temperature (800 °C) of polymer precursor is lower than the melting temperature of Cu matrix (1083 °C); in-situ pyrolysis can be performed by solid state FSP itself. However, for the case of Mg, liquid state processing is required to initiate the pyrolysis for the conversion of polymer in to ceramic phase as pyrolysis temperature (700–800 °C) is greater than the melting temperature of Mg (650 °C). Use of FSP process has not been reported for the light weight in-situ MMCs dispersed with polymer derived ceramic (PDC) particles to the best of our knowledge. The primary objective of the present paper is three-fold; (i) to minimize the formation of Mg2Si phase by lowering the process or pyrolysis temperature, and (ii) to achieve the uniform dispersion of PDC particles throughout the magnesium matrix via FSP and (iii) to investigate the microstructural evolution, strength properties and the basis of strengthening of two stage processed in-situ MMCs.

رفتار ساختاری پوسته بافت سبک وزن، بتن تقویت شده نساجی

Structural behavior of a lightweight, textile-reinforced concrete barrel vault shell

Buckling and stability behavior in response to compressive stresses within a thin-walled shell structure.

In order to set the present work within the broader context of existing modeling approaches, we will shortly review recent developments in the field of numerical modeling and experimental observations in relation to the three aforementioned phenomena in the following subsections.

(I) Uniaxial tensile behavior. Based on the need to understand and characterize the tensile behavior of quasi-ductile composites, several modeling approaches have been developed in recent years with the intention of reflecting the elementary damage mechanisms of matrix cracking and the debonding of the fabric from the matrix. Mesoscale models with explicit representation of the reinforcement layout within the cross section enable the study and understanding of the damage evolution process in the composite, and can be used to identify suitable combinations of materials, fabric geometries, short fiber volume fractions, and lengths [6, 7, 8, 9, 10]. Special attention has been paid to the modeling of the local disintegration process within the inherently heterogeneous bond structure in cementitious composites reinforced with multi-filament yarns in the crack bridge and its vicinity [11].

Experimental studies of cementitious composites reinforced with textile fabrics or with short fibers have also been reported (e.g., in [12, 13]). Experimental research on the tensile behavior of textile-reinforced concrete has been presented in [14, 15, 16]. A standardized tensile test setup for textile-reinforced concrete has been recently published in a RILEM recommendation [17].

(II) Two-dimensional, anisotropic damage propagation. Modeling approaches reflecting the interaction between the matrix and reinforcement within a thin plate in a finite element model have been presented by several authors [18, 19]. These models describe the bond between fabrics and matrix as a two-dimensional, zero-thickness interface with slip displacement governed by a predefined bond law. These approaches are suitable for sparsely reinforced cross sections with one or two reinforcement layers. Another example of this modeling approach was presented in [20], in which two bond interfaces were used: one between the concrete matrix and sleeve filament, and the other between the sleeve and core filaments. The model considers a nonlinear elasto-plastic material model for the concrete matrix, and an idealized linear elastic behavior with tension stiffening for the fabric reinforcement.

The modeling approach followed in this paper uses a smeared representation of the material structure within a cross section, describing the cracking and debonding phenomenologically in terms of an anisotropic damage tensor. Such an idealization assumes a homogeneous layout of reinforcements over the cross-sectional height. The applied numerical representation of a cross section is sketched in Fig. 2, indicating the types of cross sections that can be addressed by the smeared modeling approach; namely, cementitious composites with randomly distributed short fibers (i), regularly distributed, continuous fabrics (ii), or combinations of both (iii). It is possible to reflect both strain-softening and strain-hardening composites using dispersed, finely distributed reinforcements.

The numerical idealization described here is related to approaches for modeling ordinary steel-reinforced concrete shells developed in recent decades [21, 22]. The modeling approaches were developed for the simulation of large-scale shell structures, such as cooling towers or power plants. In these structures, the development of a crack pattern with very small crack distances compared to the size of the structure justifies a smeared approach to model the material behavior at the level of a shell cross section. Examples of finite element shell formulations combined with an elasto-plastic damage model to simulate reinforced concrete shells under monotonic and cyclic loads have been presented in [23], employing a Drucker-Prager type elastoplastic damage model in compression and a continuum damage model with a Rankine stress limit in tension. Using the same material model, the damage evolution and failure of large cooling towers was investigated in [24], considering a two-dimensional failure mode within the shell elements. In another numerical framework for the nonlinear analysis of the damage evolution in steel-reinforced concrete shells, three major topics that may affect the accuracy of the simulations were covered: (1) the formulation of adequate finite elements to describe the shell geometry, as well as the boundary and load conditions; (2) the development of realistic material models; and (3) the estimation of discretization errors [25].

The modeling methods described provide valuable insight for the formulation of design models that realistically reflect the ultimate limit state assessment of shell structures. Examples of design tools developed were provided, for example, in [26], which describes a framework for the integrated design, analysis, and assessment of the loadbearing capacity of segmented concrete shell structures. The development of numerical techniques in the coupled analysis of the manufacturing process and anisotropic material behavior of fiber-reinforced polymer thin-walled shells was presented in [27]. Meanwhile, the safety and reliability analysis of reinforced concrete shells is presented in [28], using response surface methods and axisymmetric nonlinear finite element analysis. An example of a design model for the prediction of the moment-curvature relationship of a TRC cross section has been presented in [29], which derives design equations and charts for flexural composite members. The general framework for dimensioning and assessing thin-walled, regularly reinforced TRC shells reflecting the two-dimensional interaction between normal forces and bending moments has been presented by the authors of[4]. The application of this design model to a large-scale pavilion with a TRC roof has been described in [2].

ارزیابی خواص مکانیکی و ساختار کامپوزیت تقویت شده آلیاژ الومینیوم 1100 با نانوذرات ZrO2 از طریق اتصال نورد تجمعی

Evaluation of Mechanical Properties and Structure of Al-1100 Composite Reinforced with ZrO2 Nanoparticles via Accumulative Roll-Bonding

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ویژگی مکانیکی و ساختار کامپوزیت تقویت شده آلیاژ الومینیوم 1100 با نانوذرات ZrO2 از طریق اتصال نورد تجمعی

Evaluation of Mechanical Properties and Structure of Al-1100 Composite Reinforced with ZrO2 Nanoparticles via Accumulative Roll-Bonding

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

ساخت مواد مرکب ماتریس آلومینیومی مسلح با ذرات SiC در اندازه های نانوتا میکرومتر

Fabrication of aluminum matrix composites reinforced with nano- to micrometer-sized SiC particles

چکیده

1- مقدمه

2- روش آزمایش

3- نتایج و بحث

4- نتایج

منابع

چکیده

در این مطالعه، ازفرایند اکستروژن داغ برای هم زدن کامپوزیت های SiC- ماتریس آلومینیومی ریخته گری جهت بهبود میکروساختار و کاهش عیوب قطعه ریخته گری آنها استفاده گردید. ذرات SiC ، گلوله های آسیاب شده با Cr، Cu و Ti به عنوان سه شکل از عوامل حامل برای بهبود روند بهره برداری از SiC بودند. ذرات سرامیکی شکننده بزرگ ( با اندازه متوسط: )در طول فرایند آسیاب گلوله ای ،خرد شده و بدین طریق نانوذراتی برای کاهش هزینه های تولید کامپوزیت تشکیل می گردد. نتایج آزمایش نشان می دهد که تبدیل کامل ذرات درشت در اندازه میکرون به نانوذرات، حتی بعد از 36 ساعت آسیاب گلوله ای امکان پذیر نبود. توزیع چند نمایی اندازه ذرات SiC که شامل نانوذرات SiC می شد، بعد از فرایند آسیاب، تولید گردید که این امر منجر به بهره برداری از دامنه اندازه های خاص SiC از حدود 50nm تا بزرگتر از ، در آلیاژ آلومینیوم A356 مذاب می گردد. دو عامل مهم در این رابطه عبارتنداز: اندازه خاص پودرهای آسیاب شده و مقدار گرمای آزاد شده از واکنش بین عامل حامل و آلومینیوم مذاب، که خصوصیات کششی ومیکروسختی قطعه حاصله راتحت تاثیر قرار می دهند.

4- نتایج

از ایده کاربرد عامل حامل برای بهره برداری از ذرات سرامیکی ریز در آلومینیوم مذاب استفاده گردید.از SiC بسته بندی شده با عوامل حامل پودرهای فلزی Cr، Cu و Ti برای این منظور استفاده گردید. به جای استفاده از نانوذرات، از ذرات SiC درشت استفاده گردید براین اساس که با افزایش زمان آسیاب آنها می توانند تکه تکه شده و نانوذرات SiC تشکیل دهند. سپس پودرهای آسیاب شده در ذوب نیمه جامد آلیاژ A356 مورد استفاده قرار گرفته و کامپوزیت های نهایی در دمای 500 درجه سانتی گراد، اکسترود شدند. طبق نتایج آزمایش، به نتایج زیر می توان دست یافت: 1. با افزایش زمان آسیاب، اندازه ذره پودرهای SiC درشت کاهش یافت. اما، ذرات SiC میکرونی ریز در حدود 10– 20 μm حتی بعد از 36 ساعت آسیاب تشخیص داده شدند، که این مسئله نشان می دهد در زمان آسیاب طولانی، همه ذرات بزرگ به ذرات زیرمیکرونی و نانوذرات تبدیل نمی شوند.

Abstract

In this study, the hot extrusion process was applied to stir cast aluminum matrix–SiC composites in order to improve their microstructure and reduce cast part defects. SiC particles were ball milled with Cr, Cu, and Ti as three forms of carrier agents to improve SiC incorporation. Large brittle ceramic particles (average particle size: 80 μm) were fragmented during ball-milling to form nanoparticles in order to reduce the cost of composite manufacturing. The experimental results indicate that full conversion of coarse micron sized to nanoparticles, even after 36 h of ball milling, was not possible. Multi modal SiC particle size distributions which included SiC nanoparticles were produced after the milling process, leading to the incorporation of a size range of SiC particle sizes from about 50 nm to larger than 10 μm, into the molten A356 aluminum alloy. The particle size of the milled powders and the amount of released heat from the reaction between the carrier agent and molten aluminum are inferred as two crucial factors that affect the resultant part tensile properties and microhardness.

4- Conclusions

The idea of using a carrier agent was applied for incorporation of fine ceramic particles into the molten aluminum. SiC encapsulated with carrier agents of Cr, Cu, and Ti metallic powders were utilized for this. Instead of using nanoparticles, coarse SiC particles were used based on the idea that they could be fragmented by increasing the milling time to form SiC nanoparticles. The milled powders were then incorporated into the semi-solid melt of A356 alloy and the final composites were extruded at 500 °C. From the experimental results, the following conclusions could be drawn: 1. The particle size of the coarse SiC powders was decreased by increasing the milling time. However, fine micron SiC particles around 10– 20 μm were detected even after 36 h milling, indicating that not all of the large particles converted to submicron and nanoparticles at prolonged milling time.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ساخت مواد مرکب ماتریس آلومینیومی مسلح با ذرات SiC در اندازه های نانوتا میکرومتر

Fabrication of aluminum matrix composites reinforced with nano- to micrometer-sized SiC particles

پیش بینی مورفولوژی نانوکامپوزیتهای پلیمری – رس

Prediction of the morphology of polymer-clay nanocomposites

چکیده

1- مقدمه

2- پیش زمینه نظری

3- مواد و روش ها

3-1 مواد

3-2 اماده سازی

3- 3- مشخصات

4- نتایج و بحث

4- 1- محاسبه نسبت ویسکوزیته

4-2 اعتبار سنجی مدل

5- نتیجه گیری ها

چکیده

نانوکامپوزیت های پلیمری به طور مستمر علاقه فزاینده ای را در دهه گذشته، با توجه به پیشرفت های قابل توجهی که آنها می توانند در مقایسه با ماتریس پلیمری مرتب ارائه دهند، به خود جذب نموده اند. با این حال، مورفولوژی نهایی یک نانوکامپوزیت، که توسط چندین متغیر تعیین می شود، می تواند به طور قابل توجهی خواص ماکروسکوپی محصول نهایی را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین، مطالعه فعل و انفعالاتات بین فرآوری، مورفولوژی، ساختار و خواص رئولوژیکی، و مناسب بودن مدل های موجود به منظور پیش بینی رفتار سیستم با تغییر متغیرهای فرآوری اصلی آن مهم است.

در این کار، قابلیت کاربرد یک نظریه پیش بینی بر اساس مدل Wu فرموله شده است و به منظور پیش بینی مورفولوژی سیستم های نانوکامپوزیت پیشنهاد شده است. این نظریه، توصیف یک ماتریس پلیمری – سیستم پرکننده لایه لایه را میسر می سازد، به شرطی که فعل و انفعالات بین دو جزء و فرآوری شناخته شده باشد. به طور خاص، یک پرکننده لایه لایه به عنوان یک جزء ثانویه قابل دگردیسی از یک ترکیب در نظر گرفته می شود که رفتار آن وابسته به فرآوری و فعل و انفعالات با ماتریس پلیمر است. این مقاله، با توجه به قطبش های مختلف این ماتریس، به تجزیه و تحلیل رفتارهای مختلف سیستم ها پرداخته است که با توجه به قطبش ای مختلف ماتریس آنها، می تواند به یک طبقه بندی از نانوکامپوزیت های پلیمری در دو یا چند خانواده منجر شود.

4-2 اعتبار سنجی مدل
در نتیجه مدل بالا توضیح داده شده با مقایسه پیش بینی های آن با نتایج تجربی به دست آمده با تغییر محتوای پرکننده مورد تایید قرار گرفت. به طور خاص، حضور احتمالی یک حد قابلیت کاربرد مدل، به دلیل پدیده در نظر گرفته نشده توسط مدل Wu گرفته نشده (مانند، به عنوان مثال، انعقاد) مورد بررسی قرار گرفت. این حد ممکن است، به عنوان مثال، حد بالایی از غلظت باشد، یعنی زمانی که درصد پرکننده بیش از حد بالا است، فرضیه نسبی استقلال ذرات فاز پراکنده شده با توجه به انعقاد، دیگر معتبر نیست.
محتوای اولیه پرکننده به واسطه وزن، 2 درصد در نظر گرفته شد.
این سیستم ها با استفاده از همان روش ها 1٪ برای پرکننده آماده شد، و ابعاد ذرات پرکننده از طریق تجزیه و تحلیل SEM مانند قبل مورد بررسی قرار گرفتند. اینها با آنهایی که به طوری نظری با استفاده از مدل Wu برآورد شده بودند، مقایسه شد. نتایج تجربی به دست آمده با نتایج نظری به طور رضایت بخشی مطابقت دارند، بنابراین می توان نتیجه گرفت که این مدل، یک پیش بینی رضایت بخش از داده های تجربی واقعی را ارائه می دهد.

Abstract

Polymer nanocomposites have continually attracted increasing interest over the last decade, due to significant improvements they can offer compared to neat polymer matrices. However, the final morphology of a nanocomposite, determined by several variables, can significantly influence the macroscopic properties of the final product. Therefore, it is important to study the interactions between processing, morphology, structure and rheological properties, and the suitability of existing models in order to predict the system’s behaviour with change of the main processing variables.

In this work, the applicability of a predictive theory based on the Wu model was formulated and proposed in order to predict the morphology of nanocomposite systems. This theory allows description of a polymer matrix – lamellar filler system, provided that the interactions between the two components and the processing are known. In particular, a lamellar filler has been considered as a deformable second component of a blend, with its behaviour depending on the processing and on the interactions with the polymer matrix. This allowed analyzing different behaviour for the systems, due to the different polarity of the matrix, which may lead to a classification of polymer nanocomposites in two or more families, according to their different matrix polarities.

4-2 Validation of the model

The above described model was thus validated by comparing its predictions with the experimental results obtained with changing the filler content. In particular, the possible presence of an applicability limit of the model, due to phenomena not taken into account by the Wu model (such as, for instance, coalescence) was investigated. This limit might be, for instance, an upper limit of concentration, i.e. when the filler percent is too high, the relative hypothesis of independence of the particles of dispersed phase is not valid anymore, due to coalescence. The first filler content to be taken into account was 2 % by weight.

These systems were prepared using the same methods as for 1% filler, and filler particle dimensions were evaluated through SEM analysis as before. These were compared with the theoretical ones estimated by using the Wu model. The obtained experimental results match the theoretical ones quite satisfactorily, thus it can be concluded that the model gives a satisfactory prediction of the real experimental data.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پیش بینی مورفولوژی نانوکامپوزیتهای پلیمری – رس

Prediction of the morphology of polymer-clay nanocomposites

مطالعه تجربی دوام مکانیکی بتن پلیمری بهینه شده تحت بارهای مختلف چرخه حرارتی

Mechanical durability of an optimized polymer concrete under various thermal cyclic loadings – An experimental study

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه تجربی دوام مکانیکی بتن پلیمری بهینه شده تحت بارهای مختلف چرخه حرارتی

Mechanical durability of an optimized polymer concrete under various thermal cyclic loadings – An experimental study

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تاثیر سازگارکننده ها بر روی پلی کربنات / ترکیب آکریلونیتریل بوتادین استایرن

Effect of the compatibilizers on polycarbonate (PC) /acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) blend

چکیده

1- مقدمه

2- آزمایش

2-1- مواد

2-2- آماده سازی ترکیب

2-3- آزمایش مکانیکی

3- نتایج و بحث

4- نتیجه گیری

منابع

چکیده

ترکیب های پلی کربنات (PC) و اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) آماده شدند و برخی از خواص مکانیکی، مورفولوژیکی و پایداری گرمایی آنها مورد بررسی قرار گرفت. ما ضریب 20/80 را برای تهیه آلیاژهای PC / ABS انتخاب کردیم. دو نوع سازگارکننده متاکریلات بوتادین استایرن (MBS) و مالئیک انیدرید استایرن (SMA) برای بهبود سازگاری بین PC و ABS استفاده شده بودند. نتایج نشان داد که SMA تأثیر قابل توجهی بر استحکام کششی ترکیب ها ندارد، در حالی که MBS به طور قابل ملاحظه ای استحکام کششی ترکیب ها را کاهش می دهد. نتایج آزمایشات قدرت ضربه شارپی شکاف دار نشان داد که، SMA قدرت ضربه ای ترکیب ها را نسبت به MBS بیشتر افزایش می دهد. حداکثر افزایشدر هنگام استفاده از 15wt٪ از SMA حدود 36.4٪ بود. ریزنگاره های میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دادند که اندازه ذره ABS در فاز پیوسته PC با استفاده از سازگاری کاهش یافته است. علاوه بر این، منحنی های گرماسنجی روبش تفاضلی (DSC) ثابت کردند که MBS و SMA می توانستند دمای انتقال شیشه (Tg) را ایجاد کنند که در دو فاز به یکدیگر نزدیک است. در نهایت، آزمایش های گرما وزنی(thermogravimetric) نشان دادند که MBS و SMA تأثیر کمی بر پایداری گرمایی ترکیب PC / ABS داشتند.

4- نتیجه گیری

از آنجا که PC و ABS کاملا مخلوط شدنی نیستند، سازگارکننده ها در هنگام ترکیب نیاز هستند. ترکیبات PC و ABS با دو سازگارکننده متفاوت ارائه شده بودند. نتایج نشان می دهد که MBS تاثير قابل توجهی بر قدرت ضربه ای ترکیبات ندارد. استحکام کششی و کشسانی در شکست ترکیبات، به تدریج با افزایش مقدار MBS به عنوان سازگارکننده کاهش می یابد. اضافه کردن SMA تا 20wt% قدرت ضربه ای را به طور قابل توجهی برای آلیاژ PC / ABS افزایش داد. حداکثر قدرت ضربه ای با مقادیر 63.80 kJ•m−2 رخ می دهد که تا 36.4٪ افزایش یافته است. هیچ تفاوت عمده ای بین نتایج استحکام کششی غیر اصلاح شده و اصلاح شده هنگام استفاده از SMA وجود ندارد. همچنین، عکسهای میکروسکوپی نمونه SEM با SMA ، پراکندگی بهتر ABS را به عنوان فاز پراکنده در ترکیبات سازگار در مقایسه با ترکیبات غیر سازگار نشان می دهد. علاوه بر این،ترکیب بدون سازگار کننده رفتار شکننده ای(بی دوام) را نشان داد در حالی که ترکیبات حاوی سازگار کننده رفتار نرمی در شکستگی داشتند. منحنی های DSC نشان می دهند که SMA یک سازگار کننده بهتر در ترکیب PC / ABS نسبت بهMBS است. سرانجام، آزمون های گرما وزنی نشان می دهد که MBS و SMA اثر کمی بر پایداری گرمایی ترکیب PC / ABS دارند.

Abstract

Blends of polycarbonate (PC) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) were prepared and some mechanical, morphological properties and thermal stability were investigated. We selected the ratio of 80/20 to prepare PC/ABS alloys. Two kinds of compatibilizers, methacrylate-butadiene-styrene (MBS) and styrene-maleic anhydride (SMA) were used to improve the compatibility between PC and ABS. The results showed that SMA had no significant effect on the tensile strength of the blends while MBS decreased the tensile strength of blends a lot. Results of notched charpy impact strength tests showed that SMA increased the impact strength of blends more than MBS. The maximum increase was about 36.4 % when using 15wt% of SMA. Scanning electron microscopy micrographs showed that the particle size of ABS was decreased in the continuous phase of PC by using the compatibilizers. Moreover, differential scanning calorimetry (DSC) curves proved both MBS and SMA could make the glass transition temperature (Tg) of two phase close to each other. Finally, thermogravimetric tests showed that MBS and SMA had little effect on thermal stability of the PC/ABS blend.

4- Conclusions

As PC and ABS are not completely miscible, compatibilizers are needed during blending. Blends of PC and ABS were prepared with two different compatibilizers. The results show that MBS has no significant effect on the impact strength of the blends. The tensile strength and the elongation at break of the blends decreases gradually with increasing amount of MBS as compatibilizer. Addition of SMA up to 20wt% increased the impact strength significantly for the PC/ABS alloy. The maximum impact strength occurs with values of 63.80 kJ•m−2, which increased by 36.4%. There are no considerable differences between tensile strength results of unmodified and modified blends when using SMA. Also, SEM photomicrographs of sample with SMA show better dispersion of ABS as dispersed phase in compatibilized blends compared to the non-compatibilized one. Moreover, the blend without compatibilizer showed brittle behaviour while the blends containing compatibilizer showed ductile behaviour in fracture. DSC curves indicate that SMA is a better compatibilizer in PC/ABS blend than MBS. Finally, thermogravimetric tests show that MBS and SMA have little effect on thermal stability of the PC/ABS blend.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیر سازگارکننده ها بر روی پلی کربنات / ترکیب آکریلونیتریل بوتادین استایرن

Effect of the compatibilizers on polycarbonate (PC) /acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) blend

توزیع تنش در ورقه های کامپوزیت سرامیکی کند دندانه

Stress distributions in bluntly-notched ceramic composite laminates

چکیده

1.مقدمه

2. تحلیل اجزاء محدود

2.1. قانون اصلی

2.2. شکل و سوراخ

3. مدل های تحلیلی

3.1. ضرایب تمرکز تنش

3.2. توزیع تنش

4. ارزیابی راه حل های تحلیلی

4.1. مقدمات

4.2. ضرایب تمرکز تنش

4.3. توزیع تنش و ناحیه غیر الاستیک

4.4. تاثیرات مدول مماس پس از ترک خوردگی

4.5 تعمیم به بارگذاری چند محوری

5. نتیجه گیری

سپاسگذاری‌ها

منابع

چکیده

در این مقاله ما یک روش شناسی برای مشخص کردن توزیع تنش در طول دندانه های کند در ورق های کامپوزیت‌های بستر سرامیک تقویت شده با الیاف، ارائه می‌کنیم منوط بر اینکه نیروی وارد شده از نوع کششی تک محوری باشد، به همراه تفسیر تاثیرات تنش غیرالاستیک که در اثر ترک خوردگی زمینه بوجود می‌آید. این روش شناسی بر مبنای تغییر شکل خطی مطابق با توزیع الاستیک است. تغییر شکل ها از انطباق قانون نیبر (Neuber) بر تمرکز تنش در مصالح غیر الاستیک حاصل میشوند. مقایسه‌ها از نتایج محاسبه شده بوسیله تحلیل اجزاء محدود با استفاده از شکل دو خطی قانون ساختار Genin-Hutchinson، برای لمینت های کامپوزیت سرامیک، انجام و تاثیرات اندازه و شکل دندانه ها و همچنین مدول مماس پس از ترک خوردگی نیز بررسی شد. تاثیرات اندازه و شکل دندانه‌ها و همچنین مدول مماس پس از ترک خوردگی نیز بررسی شد و مقایسات نشان داد که برای خواص کامپوزیت واقعی، راه حل های تحلیلی برای پیش بینی تمرکز و توزیع تنش فوق العاده درست هستند حتی در موارد با مقیاس بزرگ و مقطع خالص غیر ارتجاعی. همچنین ارزیابی های اولیه نشان دادند که این راه حل ها در پیش بینی میدانها،  تحت شرایط تنش های چند محوری نیز بسیار کارآمد هستند.

1.مقدمه

حساسیت به شکاف که با ضریب مقاومت کششی داندانه دار به بدون دندانه مشخص می‌شود یک مولفه عملکرد کلیدی کامپوزیت‌های بستر سرامیک تقویت شده با الیاف (CMC) است. زمانیکه این ضریب کم است، طراحی اجزا با مشخصات هندسی پیچیده و دارای تمرکز تنش، با استفاده از تحلیل ارتجاعی و ضرایب از کارافتادگی پایین را مقدور می‌سازد. مانند فلزات، تمرکز تنش در کامپوزیت‌های بستر سرامیک تقویت شده با الیاف (CMC)ها، با تغییر‌شکل های غیرالاستیک در سازوکار های مختلف، بطور محسوس کاهش می‌یابد[1،2].

عملکرد سازو کار اصلی لمینت های کامپوزیت‌ بستر سرامیک تقویت شده با الیاف (CMC) دندانه دار و تغییر شکل آنها تحت نیروی اعمال شده در شکل 1 نشان داده شده است. در بار های متوسط، ترک خوردگی بستر باعث تولید کرنش غیر الاستیک میشود. که تاثیر آن باعث توزیع مجدد تنش در نوک دندانه ها و کاهش تمرکز تنش می‌شود. در بار بحرانی، تغییر شکل در راستای دندانه ها، در یک نوار قابل رویت متمرکز می‌شود و ترک هایی را در زمینه به دنبال دارد که توسط ترکیبی از الیاف سالم و آسیب دیده به هم متصل شده‌اند. با افزایش بارگذاری، نوارهای مذکور طولشان افزایش می‌یابد و سرانجام ناپایدار می‌شوند به عبارت دیگر، تحت بار کاهشی بزرگ می‌شود. پایداری آن مانند واکنش های مکانیکی ذاتی آن توسط ابعاد صفحه تامین می‌شود، به عنوان مثال در (شکل 1 (c)) توسط قانون کشش پرکنندگی مشخص شده است.

Abstract

We present a methodology for determining stress distributions ahead of blunt notches in plates of fiber-reinforced ceramic–matrix composites subject to uniaxial tensile loading, accounting for the effects of inelastic straining due to matrix cracking. The methodology is based on linear transformations of the corresponding elastic distributions. The transformations are derived from adaptations of Neuber’s law for stress concentrations in inelastic materials. Comparisons are made with results computed by finite element analysis using an idealized (bilinear) form of the Genin–Hutchinson constitutive law for ceramic composite laminates. Effects of notch size and shape as well as the post-cracking tangent modulus are examined. The comparisons show that, for realistic composite properties, the analytical solutions are remarkably accurate in their prediction of stress concentrations and stress distributions, even in cases of large-scale and net-section inelasticity. Preliminary assessments also demonstrate the utility of the solution method in predicting the fields under multiaxial stressing conditions.

1. Introduction

Notch sensitivity, characterized by the ratio of the notched to unnotched tensile strength, is a key performance metric of fiber-reinforced ceramic–matrix composites (CMCs). When low, it enables design of components with complex geometric features and with attendant stress concentrations using elastic analyses and low ‘knock-down’ factors. As in metals, stress concentrations in CMCs are mitigated by inelastic deformation, albeit through markedly different mechanisms [1,2].

The principal mechanisms operative in notched CMC laminates and their evolution with applied load are illustrated in Fig. 1. At moderate loads, matrix cracking produces inelastic strain. Its effect is to redistribute stresses at the notch tip and lower the stress concentration. At a critical load, deformation ahead of the notch becomes localized into a macroscopic band comprising a matrix crack bridged by a combination of broken and intact fibers. With additional loading, the band extends and eventually becomes unstable; that is, it grows under decreasing load. Its stability is dictated by the plate dimensions as well as its intrinsic mechanical response, characterized, for example, by a bridging traction law (Fig. 1(c)).

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

توزیع تنش در ورقه های کامپوزیت سرامیکی کند دندانه

Stress distributions in bluntly-notched ceramic composite laminates