Meso-Mechanical Analysis of Fatigue Crack Propagation in CFRP under Mixed-Mode Loading

混合模式加载下 CFRP 疲劳裂纹扩展的细观力学分析

基本信息

  • 批准号:
    07455052
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.31万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    1995
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1995 至 1996
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1. Mixed-mode (I+II) interlaminar fatigue tests were conducted by the mixed mode bending (MMB) method with unidirectional graphite/epoxy laminates. The effects of the mixed-mode ratio and the stress ratio on the crack propagation behavior were studied from a viewpoint of fracture mechanics.2. Devices for the in-situ SEM examination of the fatigue crack propagation under mode I,II and mixed-mode (I+II) loadings were developed.3. Fractographic observations were conducted to examine micromechanisms of the mixed-mode propagation of interlaminar fatigue cracks in graphite/epoxy laminates. A mode for the fatigue crack propagation was proposed on the basis of microprocesses of initiation, growth and coalescence of the matrix microcracks.4. A numerical technique for the meso-mechanical analysis of interlaminar cracks in FRP laminates was developed. The boundary element method is used for the meso-mechanical elastic analysis. In this analysis, the near-tip region of an interlaminar crack is modeled by the inhomogeneous FRP model composed of isotropic matrix and orthotropic fibers which is surrounded by the homogenized orthotropic FRP phase.5. By using the above meso-mechanical model of FRP laminates, the analysis of the elastic stress distribution near the tip of an interlaminar crack subjected to mode I and II loadings was conducted. For long cracks, the energy release rate obtained for the meso-mechanical FRP model is equal to that obtained for the homogeneous model. The distribution of the matrix-phase stress ahead of the crack tip for the meso-mechanical model is greatly different from that for the homogeneous model. Therefore, the meso-mechanical analysis is essential for investigation on microfracture of matrix and fiber/matrix interfaces of FRP composites.
1。混合模式(I+II)通过单向石墨/环氧层压板的混合模式弯曲方法(MMB)方法进行了混合模式(I+II)。从断裂力学的角度研究了混合模式比和应力比对裂纹传播行为的影响。2。开发了模式I,II和混合模式(I+II)载荷下疲劳裂纹传播的原位SEM检查的设备。3。进行了分裂观测,以检查石墨/环氧层压板中层间疲劳裂纹的混合模式传播的微观力学。根据基质微裂纹的启动,生长和合并的微孔处理,提出了一种疲劳裂纹传播的模式。4。开发了用于层间层间裂纹中层间裂纹的中层机械分析的数值技术。边界元素方法用于中元机械弹性分析。在此分析中,层间裂纹的近尖端区域是由由各向同性基质和正性纤维组成的不均匀的FRP模型建模的,该模型被均质的正性FRP期所包围,5。通过使用上述frp层压板的中间机械模型,对经受模式I和II载荷的层间裂纹尖端附近的弹性应力分布进行分析。对于长裂纹,中介质机械FRP模型获得的能量释放速率等于均匀模型获得的能量释放速率。对于中质模型的裂纹尖端,裂纹尖端之前的基质相应力的分布与均匀模型的分布大不相同。因此,使用中质分析对于研究FRP复合材料的基质和纤维/基质接口的微裂纹至关重要。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Hiroshi TANAKA and Keisuke TANAKA: "Mixed-Mode Growth of Interlaminar Cracks in Carbon/Epoxy Laminates under Cyclic Loading" Proc.10th Int.Conf.Comp.Mater.Vol.I. 181-188 (1995)
Hiroshi TANAKA 和 Keisuke TANAKA:“循环加载下碳/环氧树脂层压板层间裂纹的混合模式增长”Proc.10th Int.Conf.Comp.Mater.Vol.I。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Hiroshi Tanaka: "Mixed-Mode Growth of Interlaminar Cracks in Carbon/Epoxy Laminates under Cyclic Loading" Proc. 10th Int. Conf. Comp. Mater.Vol. I. 181-188 (1995)
Hiroshi Tanaka:“循环加载下碳/环氧树脂层压板中层间裂纹的混合模式增长”Proc。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Keisuke Tanaka: "Near-Threshold Propagation of Delamination Fatigue Cracks" Materials Science Research International. 1. 100-107 (1995)
Keisuke Tanaka:“分层疲劳裂纹的近阈值传播”国际材料科学研究。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
田中啓介: "モードIIき裂を有する長繊維強化複合材料のマトリックス相応力分布の解析" 日本機械学会講演論文集. 96-10. 9-10 (1996)
Keisuke Tanaka:“具有 II 型裂纹的长纤维增强复合材料中的基体相应力分布分析”日本机械工程师学会会议记录 96-10 (1996)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Keisuke TANAKA,Hiroshi TANAKA and Hidetaka KATO: "Fractography of Mixed-Mode Interlaminar Fatigue Fracture of CFRP Laminates" Proc.20th Symp.on Comp.Mater.55-56 (1995)
Keisuke TANAKA、Hiroshi TANAKA 和 Hidetaka KATO:“CFRP 层压板混合模式层间疲劳断裂的断口分析”Proc.20th Symp.on Comp.Mater.55-56 (1995)
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
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