Fracture Mechanics Study for Toughening Fiber Reinforced Composites

增韧纤维增强复合材料断裂力学研究

基本信息

  • 批准号:
    08650085
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1996
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1996 至 1997
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research is firstly to develop a fracture mechanics based micromechanical model for the design of pseudo strain hardening composites reinforced with random discontinuous and aligned continuous fibers, and then to propose a method for optimizing the strength and the toughness of composites on the basis of themicromechanical model. The following tasks form major subjects of this research.Task (1) Development of Design ModelWe developed a micromechanical model which provides a link between the composite properties (strength and toughness) and the composite parameters (fiber parameters : dimensions, volume fraction and mechanical properties ; matrix parameters : toughness and elastic moduli ; interface shear strength ; snubbing coefficient). The model is applicable to both the cases of fiber pull-out and fiber rupture.Task (2) Preparation and Evaluation of Fiber Reinforced CompositesUsing a spark plasma sintering method, we prepared continuos carbon fiber reinforced SiC composites and LAS/wolastonite composites reinforced with short random fibers of a 304 type stainless steel. It was shown by conducting three point bend tests that the micromechanical model has a capability of predicting the mechanical properties of the prepared composites. Furthermore, the LAS/wolastonite composites were shown to produce pseudo strain hardening behavior.Task (3) Optimization of Composite ParametersBased on the micromechanical model, we devised a design chart which embodied the conditions for pseudo strain hardening, uniform fiber distribution, and fiber rupture. Finally, we proposed a methodology of optimizing the fiber parameters for high toughness composites by conducting parametric studies.
本研究的目的是建立一个基于断裂力学的细观力学模型,用于随机不连续和取向连续纤维增强伪应变硬化复合材料的设计,并在此基础上提出一种优化复合材料强度和韧性的方法。任务(1)设计模型的开发我们开发了一个细观力学模型,该模型提供了复合材料性能(强度和韧性)与复合材料参数(纤维参数:尺寸、体积分数和机械性能;基质参数:韧性和弹性模数;界面剪切强度;抑制系数)之间的联系。该模型适用于纤维拔出和纤维断裂两种情况。任务(2)纤维增强复合材料的制备与评价采用放电等离子烧结法制备了连续碳纤维增强碳化硅复合材料和无规短纤维增强硅灰石/硅灰石复合材料。三点弯曲试验表明,该细观力学模型具有较好的预测复合材料力学性能的能力。任务(3)复合材料参数的优化在细观力学模型的基础上,我们设计了一个包含准应变硬化、纤维均匀分布和纤维断裂条件的设计图。最后,通过参数研究,提出了优化高韧性复合材料纤维参数的方法。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
K.Sato, T.Hashida, H.Takahashi, N.Yamasaki: "Strengthening of Hydrothermal-Hot-Pressed Concrete Wastes by the Addition of Slag" Journal of the Ceranic Society of Japan. Vol.l05, No.3. 262-264 (1997)
K.Sato、T.Hashida、H.Takahashi、N.Yamasaki:“通过添加矿渣强化水热热压混凝土废料”日本陶瓷学会杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Hosoi, T.Hashida, H.Takahashi, N.Yamasaki, T.Korenaga: "Solidification behavior of calcium carbonate via aragonite-calcite wet transformation with hydrothermal hot-pressing" J.Materials Science Letter. 16. 382-385 (1997)
K.Hosoi、T.Hashida、H.Takahashi、N.Yamasaki、T.Korenaga:“通过水热热压文石-方解石湿法转化碳酸钙的固化行为”J.Materials Science Letter。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
橋田俊之、蔦森正憲、高橋秀明、和田千春: "マルチプルクラックによる短繊維ゾノライト複合材料の高靱化" 無機マテリアル. 3-262. 203-211 (1996)
Toshiyuki Hashida、Masanori Tsutamori、Hideaki Takahashi、Chiharu Wada:“通过多重裂纹提高短纤维 Zonolite 复合材料的韧性”,无机材料 3-262。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Hosoi, T, Hashida, H.Takahashi, N.Yamasaki, T.Korenaga: "Solidification behavior of calcium carbonate via aragonite-calcite wet transformation with hydrothermal hot-pressing" J.Materials Scinece Letter. 16. 382-385 (1997)
K.Hosoi, T, Hashida, H.Takahashi, N.Yamasaki, T.Korenaga:“通过水热热压文石-方解石湿法转化碳酸钙的固化行为”J.Materials Scinece Letter。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
佐藤和彦, 橋田俊之, 高橋秀明, 山崎仲道: "水熱ホットプレス法を用いた廃コンクリート固化体のスラグ添加による高強度化" 日本セラミックス協会学術論文誌. 105-3. 262-264 (1997)
Kazuhiko Sato、Toshiyuki Hashida、Hideaki Takahashi 和 Nakamichi Yamazaki:“通过添加矿渣利用水热热压法提高固化废弃混凝土的强度”日本陶瓷学会学术杂志 105-3(1997 年)。
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    $ 1.47万
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    $ 1.47万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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    09555027
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  • 资助金额:
    $ 1.47万
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