دانلود رایگان ترجمه مقاله تعیین خواص کششی با ضخامت وابسته به میزان کرنش کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده (نشریه الزویر 2011) (ترجمه رایگان – برنزی ⭐️)

تعیین خواص کششی با ضخامت وابسته به میزان کرنش کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با بافت با استفاده از نمونه های پرتو L شکل

Determination of strain rate dependent through-thickness tensile properties of textile reinforced thermoplastic composites using L-shaped beam specimens

چکیده
1- مقدمه
2- مشخصات مواد و ساخت نمونه
3- روش تجربی
3-1- راه اندازی آزمایشی
3-2 پیش زمینه فرضی
4- نتایج و بحث
4-1 توزیع مبتنی بر استرس نوری و تحلیلی Lekhnitskii
4-2 مدول کششی شبه استاتیک TT
4-3 خواص مقاومت در سرعت های بارگذاری بالا
5- نتیجه گیری

چکیده
کار ارائه شده بر یک روش برای مشخص کردن نرخ کرنش قدرت وابسته و الاستیک خواص نساجی و مواد مرکب از طریق ضخامت ورقه ورقه تقویت شده تمرکز می کند. در اینجا. توصیف نمونه پرتو L – شکل استفاده می شود. کامپوزیت مورد بررسی یک پارچه ترموپلاست تقویت شده ساخته از نخ های هیبریدی E – است. راه حل تحلیلی برای تعیین استحکام کششی از طریق ضخامت که توسط Lekhnitskii و Shivakumar پیشنهاد شده است با استفاده از تجزیه و تحلیل تغییر شکل های نوری تایید می شود و برای تعیین شناس ، از طریق ضخامت مدول الاستیک گسترش می یابد. در نهایت.امکان خصوصیات نرخ کرنش وابسته بررسی می شود و رویکرد مبتنی بر مدل سازی جانسون کوک برای نشان دادن وابستگی نرخ آشکار کرنش از طریق شروع شکست ضخامت استفاده می شود. این روش با موفقیت برای تصرف خود اثرات نرخ کرنش مواد با ارزش بر اساس قدرت و پارامترهای مدل روی یک محدوده از نرخ کرنش J 0 -4 S – از شماره 1 تا 10، S – 1 و همچنین مدول الاستیک استفاده می شود.
1- مقدمه
خواص مکانیکی بسیار عالی خاص واجد شرایط مواد مرکب نساجی تقویت شده برای توسعه و طراحی مواد و سازه های سبک وزن انرژی کارآمد به عنوان مثال در صنایع مهندسی مکانیک خودرو هستند[1]. با ظرفیت جذب انرژی بالا ، مواد بر اساس ماتریس گرمانرم برای استفاده در زمینه طراحی ضربه مقاوم در برابر از پیش طراحی می شوند [2). تحقیقات اخیر از کلاس این مواد به طور عمده مقابله با خواص درون صفحه ای می نماید [3-5). برای طراحی ساختاری قابل اعتماد با این حال فقدان دانش خوبی از رفتار طریق ضخامت (TT) مواد مرکب وجود دارد. توصیف حالت شکست TT مرتبط با لایه لایه شدگی به خصوص تحت شدت شرایط بارگذاری دینامیک [6) وجود دارد.
بنابراین هدف از تحقیقات ارائه شده استفاده نسبتا پیچیده و در نتیجه آسان برای تولید نمونه ها در تعیین استحکام کششی و خواص الاستیک در جهت TT مواد مرکب گرمانرم تقویت شده نساجی تحت شرایط بسیار پویای بارگذاری است. برای توصیف خواص TT تنها تحقیقات پراکنده وجود دارد. مروری جامع بر شکل نمونه امکان پذیر است و روش تست مرتبط برای بارگذاری کششی TT در [7 داده می شود). این مورد نیز با تمرکز بر چهار نمونه پرتو نقطه هندسه منحنی در [8) مورد بحث قرار گرفته است. کارهای اخیر در مورد رفتار شبه استاتیک TT از مواد مبتنی بر ماتریس اپوکسی با استفاده از نمونه نسبتا کوچک منتشر شده است [9،10). تحقیقات دیگر به عنوان مثال به بررسی احتمالاتی از عملکرد شبه استاتیک TT با آن را با نمونه بلوک های کوتاه [11 عملکرد) و دستگاه تست Arcan 12 صورت گرفته است [12].
با این حال، علاوه بر کوپن میانه دار و نمونه های بلوک کوتاه. که برای طراحی معرفی بار همیشه دشوار است، روش تست های مختلف بر اساس راه حل Lekhnitskii برای توزیع تنش در مقاطع استوانه ای دارای محور اصلی عمودی منحنی پرتو [13) مورد بررسی قرار گرفته اند [14) و حتی استاندارد شده اند [15). با توجه به وابستگی نرخ کرنش به مواد تلاش کمتری برای بررسی رفتار مواد TT در نظر گرفته شده است. برخی از کارهای تجربی در این زمینه با استفاده از یک تقسیم Hopkinson بار دستگاه (نگاه کنید به عنوان مثال [19)) را با نمونه های بسیار کوچک انجام شده است. در [20) نرخ کرنش وابسته به TT رفتار برشی مورد مطالعه قرار گرفته است. در اینجا ، با توجه به معماری نساجی درشت مواد مورد بررسی راه اندازی آزمون نمونه L – پرتو اتخاذ شده و روش با یک سیستم دوربین در سرعت بالا در تست سرعت بالا برای تعیین R قدرت TT : () در سطوح مختلف نرخ کرنش مورد استفاده قرار گرفته است.
با هدف آزمون های بارگذاری شدت پویا، یک دکل آزمایش مناسب طراحی و ارائه شده است [16)، که بر اساس تعیین درون ورقه های نازک تنش در نمونه های پرتوی شکل I – پیشنهاد شده توسط Shivakumar [17) است. با استفاده از تجزیه و تحلیل تغییر شکل نوری. این رویکرد را می توان برای مدول الاستیک TT علاوه بر استحکام کششی گسترش داد.
مشی پیشنهادی برای نمونه پرتو L – منحنی تحت تنش تک محوره بارگذاری توضیح داده شده است. در مرحله اول ، توضیحات مفصل از نصب تجربی ارائه شده است. بر اساس TT الاستیک و پارامترهای درون صفحه ای، یک ارزیابی از کششی IT مقاومت R ~ (= R) انجام می شود. برای این کار ، تنش بر اساس کرنش اندازه گیری های میدان در آزمایش محاسبه شده است. در مقابل ، استرس های TT نیز می تواند بر اساس راه حل Lekhnitskii برای مواد اتوتروپیک استوانه ای و پاسخ نیروی تحت نظر گرفتن تجربی و پیکربندی هندسی تعیین شود. بعلاوه روش برای تعیین الاستیک IT مدول E3 (= ER) پیشنهاد شده است . مدل سازی بر اساس رویکرد جانسون کوک [18] برای نشان دادن وابستگی به نرخ کرنش ظاهری از قدرت TT استفاده شده است.

Abstract

The presented work focuses on a methodology to characterise strain rate dependent strength and elastic properties of textile reinforced composites in laminate through-thickness direction. Here, for the characterisation L-shaped beam specimens are used. The investigated composite is a fabric reinforced thermoplast made of hybrid E-glass/polypropylene yarns. The analytical solution for the determination of the through-thickness tensile strength as proposed by Lekhnitskii and Shivakumar is verified by means of an optical deformation analysis and is extended for thew determination of the through-thickness elastic modulus. Finally, the possibility of the strain rate dependent characterisation is investigated and a Johnson–Cook based modelling approach is used to represent the apparent strain rate dependency of the through-thickness failure onset. The methodology is successfully used to capture the material strain rate effects with the according strength values and model parameters over a strain rate range of 10 −4 s−1 to 10 s−1 as well as the elastic modulus.

1- Introduction

The excellent specific mechanical properties qualify textile reinforced composites for the development and design of material and energy efficient lightweight structures e.g. in vehicle industries and mechanical engineering [1]. With their high energy absorption capacity, thermoplastic matrix based materials are considered to be predestinated for the use in the field of impact resistant design [2]. Recent investigations of this material class mainly deal with the in-plane properties [3–5]. For the reliable structural design however there is a lack of well-founded knowledge of the through-thickness (TT) behaviour of composites, describing the associated TT failure mode delamination especially under highly dynamic loading conditions [6].

The objectives of the presented investigations are therefore to utilise moderately complex and therefore easy to manufacture specimens for the determination of both the tensile strength and elastic properties in TT direction of textile reinforced thermoplastic composites under highly dynamic loading conditions. For the characterisation of the TT properties only sparse investigations exist. A comprehensive overview of possible specimen shapes and the associated testing methods for TT tensile loading is given in [7]. This has also been discussed with the focus on four point curved beam specimen geometry in [8]. Recent work has been published on the quasi-static TT behaviour of epoxy matrix based materials using comparatively small specimens [9,10]. Other investigations deal for instance with the probabilistic investigation of the quasistatic TT performance with waisted short block specimens [11] and the Arcan test device [12].

However, besides waisted coupons and short block specimens, for which the design of the load introduction is always difficult, various testing methods based on Lekhnitskii’s solution for the stress distribution in cylindrically orthotropic curved beam sections [13] have been investigated [14] and even standardised [15]. Considering the strain rate dependency of the material less effort has been undertaken to investigate the TT material behaviour. Some experimental work in this field has been done using a SplitHopkinson-Bar device (see for example [19]) with very small specimens. In [20] the strain rate dependent TT shear behaviour has been studied. Here, due to the coarse textile architecture of the investigated material, the adopted L-beam specimen test setup and procedure with a high-speed camera system was used at elevated testing velocities for the determination of the TT strength Rþ r ðe_Þ at different strain rate levels.

With the scope of highly dynamic loading tests, an adequate testing rig was designed and is presented [16], which is based on the determination of interlaminar stresses in L-beam shaped specimens as proposed by Shivakumar [17]. By using optical deformation analysis, this approach can be extended to the determination of the TT elastic modulus in addition to the tensile strength.

The proposed modus operandi for curved L-beam specimen loaded under uniaxial tension is explained. Firstly, a detailed description of the experimental setup is presented. Based on elastic TT and in-plane parameters, an evaluation of the TT tensile strength Rþ 3 ¼ Rþ r is performed. For this, the stresses are calculated based on the TT strain field measurements within the experiments. In contrast, the TT stresses can also be determined based on Lekhnitskii solution for cylindrically othotropic materials and the force response under consideration of the experimental and geometric configuration. Additionally, a procedure to determine the TT elastic modulus E3(= Er) is proposed. A Johnson–Cook based [18] modelling approach is used to represent the apparent strain rate dependency of the TT strength..

تعیین خواص کششی با ضخامت وابسته به میزان کرنش کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با بافت با استفاده از نمونه های پرتو L شکل

Determination of strain rate dependent through-thickness tensile properties of textile reinforced thermoplastic composites using L-shaped beam specimens