Fatigue and FractureThe long-term b

Fatigue and Fracture
The long-term behavior and damage mechanism of FRP composite materials have been active areas of research during the past twenty years especially under fatigue loads. It is important that fatigue behavior and corresponding failure modes of FRP components and systems under long- term service must be understood properly. The behavior of FRP composites under tensile fatigue loading has been discussed by many researchers including Dittenber and GangaRao (2010).


Unlike homogeneous materials, FRP composites accumulate damage through crack propagation rather than developing localized damage, and fracture does not always occur by propagation of a single macroscopic crack. The damage accumulation in these materials is microstructural which includes fiber/matrix debonding, matrix cracking, delamination and fiber fracture (Mathews, 2000). Fatigue damage mechanism in unidirectional composites primarily depends on loading mode (e.g., tensile, compressive, bending, torsion or combinations) and on the loading direction i.e., parallel or inclined to the fiber direction. Typically, the damage mechanism in tensile fatigue is of three stages (Talreja, 1987) namely: fiber breakage, matrix cracking, and interfacial shear failure. This is true for compression fatigue, except that there could be buckling failure of fiber (Curtis and Dorey, 1986).

The damage process consists of two dominant stages: the first stage in which non-interacting cracks develop leading to Characteristic Damage State (CDS), wherein a stable crack pattern develops. The CDS is found to be independent of loading history and is determined by laminate properties, i.e., ply stiffness and ply stacking sequence. Beyond the CDS, in the second stage, the cracks of various types inter-connect with increasing rates (at lower number of fatigue cycles), causing increasing localization of cracks and consequent failure. Fatigue models are used to calculate the residual strength (R) based on the initial strength (R0), residual strength for given number of cycles, applied stress, and material constants. In some of these models, strength degradation is assumed to result from the localized zones of damage which is conceptually replaced by a single crack capable of releasing the same amount of elastic energy as that released collectively by the various crack growth mechanisms. Residual strength is related to a characteristic dimension of the "equivalent” crack through a fracture mechanics type relationship.


Different aspects of FRP composite durability and the implication on designing structures for long-term field performance are discussed in following Chapter 4.

Kết quả (Việt) 1:

Sự mệt mỏi và gãy xươngCác cơ chế hành vi và thiệt hại lâu dài của vật liệu composite FRP đã đang hoạt động các lĩnh vực nghiên cứu trong thời gian hai mươi năm qua đặc biệt là dưới sự mệt mỏi vô. Nó là quan trọng mà mệt mỏi hành vi và sự thất bại tương ứng các chế độ của FRP linh kiện và hệ thống theo tin dự báo thủy văn hạn dài dịch vụ phải được hiểu đúng. Hành vi của vật liệu Composite FRP theo độ bền kéo mệt mỏi tải đã được thảo luận bởi nhiều nhà nghiên cứu bao gồm Dittenber và GangaRao (2010).Không giống như vật liệu đồng nhất, vật liệu Composite FRP tích lũy các thiệt hại thông qua các vết nứt tuyên truyền chứ không phải là phát triển địa phương thiệt hại, và gãy xương không luôn luôn xảy ra bởi tuyên truyền của một crack vĩ duy nhất. Thiệt hại tích lũy trong các tài liệu là microstructural bao gồm debonding, Ma trận nứt, phương và xơ gãy (Mathews, 2000) sợi/ma trận. Mệt mỏi thiệt hại cơ chế ở unidirectional composites chủ yếu phụ thuộc vào tải chế độ (ví dụ, độ bền kéo, nén, uốn, xoắn hoặc kết hợp) và theo hướng nâng, tức là, song song hoặc nghiêng theo hướng chất xơ. Thông thường, các cơ chế tổn thương ở độ bền kéo mệt mỏi là của ba giai đoạn (Talreja, 1987) cụ thể là: chất xơ vỡ, rạn nứt ma trận và interfacial cắt tôn thất bại. Điều này đúng cho nén mệt mỏi, ngoại trừ có thể oằn thất bại của chất xơ (Curtis và Dorey, 1986). Quá trình thiệt hại bao gồm hai giai đoạn chiếm ưu thế: giai đoạn đầu tiên trong đó vết nứt không tương tác phát triển hàng đầu thế giới với đặc trưng thiệt hại bang (CDS), trong đó phát triển một mô hình ổn định vết nứt. Các đĩa CD được tìm thấy là độc lập với tải lịch sử và được xác định bởi tính chất gỗ, ví dụ, lớp cứng và lớp xếp thứ tự. Ngoài các đĩa CD, trong giai đoạn thứ hai, các vết nứt của các loại hình liên kết nối với sự gia tăng tỷ lệ (ở số thấp hơn chu kỳ mệt mỏi), gây ra các địa phương ngày càng tăng của vết nứt và kết quả là sự thất bại. Mệt mỏi các mô hình được sử dụng để tính toán sức mạnh dư (R) dựa trên sức mạnh ban đầu (R0), dư sức mạnh cho đưa ra số lượng các chu kỳ, ứng dụng căng thẳng và hằng số vật liệu. Dự tất cả hay một số các mô hình này, suy thoái sức mạnh được cho là kết quả của các khu vực địa phương của thiệt hại nào mà khái niệm được thay thế bằng một vết nứt duy nhất có khả năng phát hành cùng một lượng năng lượng đàn hồi như phát hành chung bằng cơ chế phát triển khác nhau của crack. Dư sức mạnh liên quan đến một kích thước đặc trưng của crack "tương đương" thông qua một mối quan hệ kiểu gãy cơ khí.Các khía cạnh khác nhau của độ bền composite FRP và ngụ ý về thiết kế kết cấu cho dài hạn trường hiệu suất được thảo luận ở sau chương 4.

Kết quả (Việt) 2:

Mệt mỏi và Gãy
Các hành vi lâu dài và cơ chế thiệt hại của vật liệu composite FRP đã được khu vực hoạt động nghiên cứu trong suốt hai mươi năm qua đặc biệt là dưới tải mệt mỏi. Điều quan trọng là hành vi mệt mỏi và chế độ thất bại tương ứng của các thành phần và hệ thống FRP theo dịch vụ dài hạn phải được hiểu đúng. Các hành vi của vật liệu composite FRP dưới tải mệt mỏi kéo đã được thảo luận bởi nhiều nhà nghiên cứu bao gồm Dittenber và GangaRao (2010).


Không giống như các vật liệu đồng nhất, composite FRP tích lũy thiệt hại thông qua tuyên truyền nứt hơn là phát triển tổn thương khu trú, và gãy xương không luôn luôn xảy ra bằng cách tuyên truyền của một đơn nứt vĩ mô. Sự tích lũy thiệt hại trong các tài liệu này là cơ cấu vi bao gồm chất xơ / ma trận debonding, ma trận nứt, phân lớp và chất xơ gãy (Mathews, 2000). Cơ chế mệt mỏi thiệt hại trong vật liệu tổng hợp theo một hướng chủ yếu phụ thuộc vào chế độ tải (ví dụ, độ bền kéo, nén, uốn, xoắn hoặc kết hợp) và hướng tải tức là, song song hoặc nghiêng theo hướng sợi. Thông thường, các cơ chế thiệt hại trong mệt mỏi kéo là trong ba giai đoạn (Talreja, 1987) cụ thể là: sợi vỡ, ma trận nứt, và thất bại cắt bề. . Điều này đúng cho mệt mỏi nén, ngoại trừ có thể là oằn thất bại của sợi (Curtis và Dorey, 1986) Quá trình tổn thương bao gồm hai giai đoạn thống trị: giai đoạn đầu tiên, trong đó các vết nứt không tương tác phát triển dẫn đến Nhà nước thiệt hại đặc trưng (CDS ), trong đó một mô hình vết nứt ổn định phát triển. CDS được tìm thấy là độc lập với tải lịch sử và được xác định bởi tính chất gỗ, tức là, lớp cứng và trình tự xếp lớp. Ngoài CDS, trong giai đoạn thứ hai, các vết nứt của nhiều loại hình liên kết nối với tỷ lệ tăng (ở số thấp của chu kỳ mệt mỏi), gây gia tăng nội địa hóa của các vết nứt và thất bại hậu quả. Mô hình Mệt mỏi được sử dụng để tính toán sức mạnh còn lại (R) dựa trên sức mạnh ban đầu (R0), sức mạnh còn lại cho số lượng nhất định của chu kỳ, áp dụng căng thẳng, và các hằng số vật liệu. Trong một số các mô hình này, sự xuống cấp sức mạnh được cho là kết quả từ các vùng địa phương thiệt hại được khái niệm thay thế bởi một vết nứt đơn có khả năng phát hành cùng một lượng năng lượng đàn hồi như phát hành chung bởi các cơ chế phát triển vết nứt khác nhau. Sức mạnh còn lại có liên quan đến một chiều kích đặc trưng của các vết nứt "tương đương" thông qua một gãy xương cơ khí gõ mối quan hệ. Khía cạnh khác nhau của nhựa composite độ bền và ý nghĩa về cấu trúc thiết kế cho hiệu suất lĩnh vực dài hạn sẽ được thảo luận trong chương 4 sau đây.