Influence of a matrix crack on stress transfer to an a-alumina fibre
in epoxy resin using FEA and photoelasticity
A.C. Johnson, F.M. Zhao, S.A. Hayes, F.R. Jones *
Department of Engineering Materials, University of Sheffield, Sir Robert Hadfield Building, Mappin Street, Sheffield S1 3JD, UK
Received 28 February 2005; received in revised form 2 December 2005; accepted 3 December 2005
Available online 7 March 2006
Abstract
Elasto-plastic finite element analysis was used to investigate the influence of a transverse matrix crack on the matrix stress transfer to
an isolated alumina fibre in epoxy resin. With an increase in transverse crack length perpendicular to the fibre the stress transfer length of
the fibre (STL) increased, thereby reducing its reinforcing efficiency. The maximum shear stress at the fibre/matrix interface was found to
be displaced away from the fibre-break.
Phase-stepping automated photoelasticity was used to quantify the stress field surrounding the broken fibre in the presence of a transverse
matrix crack which had propagated into the epoxy resin matrix. The interfacial shear stress was calculated from these stress fields
and compared with the finite element analysis. A reasonable agreement was obtained. The maxima in the shear stress plot observed in the
FEA calculations were also observed in the photoelasticity results.
2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Keywords: Photoelasticity; B. Transverse cracking; B. Fragmentation; C. Finite element modelling
تأثیر یک شکاف ماتریسی روی انتقال تنش بر فیبر آلومینا در رزین اپوکسی با استفاده از FEA و فوتوالاستیک
چکیده:
تحلیل المان محدود الاستو-پلاستیک برای بررسی تأثیرشکاف عرضی ماتریس در انتقال تنش ماتریسی به یک فیبر آلومینای جداشده در رزین اپوکسی به کار گرفته می شود. که یک افزایش در طول شکاف عرضی عمودی به فیبر انتقال تنش در فیبر (STL) دیده می شود و در نتیجه روند تقویت بازده ی آن را کاهش می دهد. حداکثر تنش برشی در واسط ماتریس/فیبری دور از شکست فیبر دیده شد. فوتوالاستیک خودکار فاز پله ای برای تعیین میدان تنش در اطراف فیبر شکسته در حضور شکاف ماتریس عرضی مورد استفاده قرار می گیرد که به ماتریس اپوکسی رزین انتشار می یابد. تنش برش سطحی از این فیلدهای تنش محاسبه شده است و با تحلیل المان محدود، مقایسه شده است. یک توافق منطقی ایجاد شد. ماکسیما در طرح تنش برشی در محاسبات FEA مشاهده شده که همچنین در نتایج فوتو الاستیک مشاهده شد.
کلمات کلیدی: فوتوالاستیک؛ B؛ ترک خوردگی وشکاف عرضی، B. تکه تکه شدن و C. مدلسازی المان محدود.
تعداد صفحات انگلیسی=7(دو ستونه)
تعداد صفحات فارسی=15 صفحه
تأثیر یک شکاف ماتریسی روی انتقال تنش بر فیبر آلومینا در رزین اپوکسی با استفاده از FEA و فوتوالاستیک