Abstract
This work presents an analytical model to predict the strength of the unidirectional carbon epoxy composite using micromechanical techniques. This model supposes that a group of broken fibres surrounded by a number of intact fibres with hexagonal arrangement. The mathematical developments used are presented to justify the distribution form of the stresses around broken fibre and adjacent intact fibres. To follow the evolution of the damage in regions of debonding and local plasticity; we proceeded to a progressive increase in the fiber volume fraction and tensile external load. This, procedure enable us to evaluate the extension of the region locally plasticized, the ineffective region, the stress concentration and the longitudinal displacement of broken and intact fibres, in function of broken fibres number and specimen length. As fiber breaks are intrinsically random, the variability of input data allows us to describe the probabilistic model by using the Monte-Carlo method. The sensitivities of the mechanical response are evaluated regarding the uncertainties in design variables such as Young’s modulus of fibers and matrix, fiber reference strength, shear yield stress, fiber volume fraction and shear parameter defining the shear stress in the inelastic region.
Highlights
Le développement des modèles de résistance d’un composite est devenu de plus en plus complexe au cours des dernières années
Cette différence est due au choix de l'arrangement des fibres qui est hexagonal dans notre modèle
Finalement, nous pouvons dire que la présente approche est considérée parmi les méthodes les plus commodes en calculant la résistance d’un composite unidirectionnel pour une durée de vie requise sous l’effet des conditions de services externes
Summary
Le développement des modèles de résistance d’un composite est devenu de plus en plus complexe au cours des dernières années. Le plus simple de ces modèles est celui qui considère la résistance d’un groupe de fibres d’un composite. Le présent travail décrit un modèle analytique permettant de prévoir la résistance et la durabilité d'un composite unidirectionnel en carbone époxyde en utilisant des techniques micromécaniques [1,2]. Ce modèle suppose qu'un groupe de fibres cassées est entouré par un nombre de fibres intactes sous forme d’un arrangement hexagonal. Afin de prédire l’endommagement d’un composite unidirectionnel sous une charge appliquée avec des fibres cassées, Batdorf [3] a présenté une méthode analytique basée sur le principe de Weibull. Et par la suite des applications ont été effectuées afin d'évaluer l'effet des incertitudes géométriques et mécaniques sur l’évolution de la longueur inefficace et la concentration des contraintes, en utilisant des simulations de Monte-Carlo
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