Influence of matrix properties on fatigue behavior of fiber reinforced polymers

基体性能对纤维增强聚合物疲劳行为的影响

基本信息

项目摘要

Fiber reinforced composite materials with thermoplastic matrix are used increasingly in many transport applications. Thermoplastic matrix materials offer higher ductility and toughness compared to common thermoset systems. These superior properties lead to the question of the influence of the composite constituents on the fatigue properties of a laminate. The matrix properties are influencing the load cycles until failure as well as the deformation behavior at a certain life time. Established thermoset matrix material reveal on laminate or lamina level experimentally parameterized failure models. An associated damage model reveals the cycles until failure and the deformation behavior over the life time. Anisotropy along with microscopic inhomogeneity due to fiber and matrix lead to strong dependency of the fatigue behavior of continuous fiber reinforced polymers to mean stress and load direction. By this scheme experimentally determined description reveals the global response of the material system on external loads and their direction and sequence. Problem is that the precision of prediction is determined by experimental effort and each change of constituent properties requires new experimental characterization. The behavior of matrix, fibers and fiber-matrix interface on microscopic level is responsible for the global response of the composite material. New fiber-matrix combinations and thus new properties regarding fatigue behavior require profound understanding of the influence of the constituents. Aim of the project is therefore generation of basic and systematic understanding and description of the interaction of mechanical matrix properties and the fatigue behavior of fiber-polymer composites on microscopic level. By irradiation induced crosslinking the properties of the matrix material are modified systematically and their influence on the fatigue properties of the composite material is investigated experimentally and with the aid of models. Exemplary material systems will be used which allow separation of influencing factors.
具有热塑性基体的纤维增强复合材料越来越多地用于许多运输应用中。与普通热固性系统相比,热塑性基体材料提供更高的延展性和韧性。这些上级性能导致了复合材料成分对层压板疲劳性能的影响的问题。基体性能影响载荷循环直至失效以及在一定寿命内的变形行为。建立了热固性基体材料层合板或层合板的实验参数化失效模型。一个相关的损伤模型揭示了周期,直到失败和变形行为在整个生命周期。由于纤维和基体的各向异性沿着微观不均匀性,导致连续纤维增强聚合物的疲劳行为对平均应力和载荷方向的强烈依赖性。通过该方案实验确定的描述揭示了材料系统对外部载荷的整体响应及其方向和顺序。问题是,预测的精度是由实验的努力,每一个组成性质的变化需要新的实验表征。基体、纤维和纤维-基体界面在微观水平上的行为决定了复合材料的整体响应。新的纤维-基体组合以及由此产生的与疲劳行为有关的新性能需要对组分的影响有深刻的理解。因此,该项目的目的是在微观水平上对纤维-聚合物复合材料的机械基体性能和疲劳行为的相互作用产生基本和系统的理解和描述。通过辐射诱导交联,基体材料的性能被系统地改变,并且它们对复合材料的疲劳性能的影响通过实验和借助于模型被研究。将使用允许分离影响因素的示例性材料系统。

项目成果

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