Prediction of effective through-thickness thermal conductivity of woven fabric reinforced composites with embedded particles

Yu, Hang; Heider, Dirk; Advani, Suresh G.

doi:10.1016/j.compstruct.2015.03.015

Cited by 34 publications

(7 citation statements)

References 28 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…This will cause an irreversible decrease in the number of electrical contact points between plies. 19,24,25 Consequently, the Δ R / R 0 increases with the currents. However, for this phenomenon there is more likely to be another cause—the mismatch of CTEs of fiber and resin during the electro-thermal tests gives rise to localized interface damage or even fiber damage, resulting in linear rise in Δ R / R 0 .…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 98%

Electro-thermal damage of carbon fiber/epoxy composite laminate

Wang

Liang

Liu

2017

Journal of Reinforced Plastics and Composites

View full text Add to dashboard Cite

The present work concentrates on the electro-thermal damage mechanism of carbon fiber/epoxy composites subjected to ampere-level Direct Current (DC) currents. A new fully automated electro-thermal tester that enable one to inject currents through the composites and measure the surface temperature in real time has been developed. The DC electrical conductivity and dielectric properties of electrified composites have been investigated, in order to develop a nondestructive testing method for electro-thermal damage. Additionally, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), flexural properties, surface morphology analysis, and Scanning Electron Microscope (SEM) were conducted to exploit in-depth the damage mechanism of electrified composites. Results show that the electrical conductivity is decreased with increasing currents, resulting from the modification of the fiber-to-fiber conduction paths. With higher currents the dielectric properties are apparently enhanced, and this case can be explained by interfacial polarization that arises from the microcracking induced by the residual thermal stress. The dielectric loss tangent can be regard as a characteristic parameter of electro-thermal damage. Furthermore, the deterioration of flexural performances is attributed to the microcracking, which is proved to be the major damage mechanism. Highintensity currents application has an effect of post-curing and physical aging, which significantly increases the glass transition temperature and suppresses the further formation of micro damage.

show abstract

Section: Resultsmentioning

confidence: 98%

Electro-thermal damage of carbon fiber/epoxy composite laminate

Wang

Liang

Liu

2017

Journal of Reinforced Plastics and Composites

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…При охлаждении, когда температура достигает T g , матрица втулки переходит из высокоэла-стического в стеклообразное состояние, которое сопровождается скачкообразным увеличе-нием модуля упругости и снижением скорость протекания релаксационных процессов, воз-никают ТТН. Для эпоксидных полимеров на основе смолы ЭД 20 Т g ≈ 90°C [30]. При моде-лировании возникновения ТТН в процессе охлаждения до комнатной температуры Т r (Т r = 20 °C) в расчёте задавали изменение температуры ΔT = Т r -Т g = -70 °C.…”

Section: оценка остаточных межслойных напряжений в кольце (макромеханunclassified

Multiscale Modeling and Formation Analysis of Technological Interlaminar Stresses in Thick-Walled GFRP Rings

Bezmelnitsyn

Сапожников

2017

PNRPU MB

View full text Add to dashboard Cite

Безмельницын А.В., Сапожников С.Б. Многомасштабное моделирование и анализ механизма возникновения техноло-гических межслойных напряжений в толстостенных кольцах из стеклопластика // Вестник Пермского национального иссле-довательского политехнического университета. Механика. -2017. -№ 2. -С. Толстостенные кольца из стеклопластика нашли широкое применение в высокона-груженных малоподвижных узлах трения рабочих органов дорожных машин в качестве втулок подшипников скольжения. Они должны выдерживать высокие радиальные на-грузки и работать в условиях ограниченной маслоподачи, используя смазочный мате-риал содержащейся в открытых порах втулки. В крупногабаритных конструкциях под-шипников скольжения (опорные устройства дорожных машин) толщина втулки может достигать десятков миллиметров. Практика показала, что для снижения динамической составляющей нагрузки при работе дорожных машин необходимо использовать втулки с достаточно большой толщиной стенки. Но увеличение толщины втулки приводит зачастую к расслоению из-за высоких технологических трансверсальных (межслойных), растягивающих напряжений, возникающих в процессе изготовления (при охлаждении изделия до комнатной температуры после намотки и отверждении полимерного свя-зующего). Эти напряжения могут вызывать также заметное коробление толстостенных втулок при механической обработке.В данной работе показано, что силовая намотка предварительно пропитанной стеклоткани на жесткую оправку приводит к неоднородному обжатию слоев по толщине втулки и искажению исходной геометрии переплетения нитей основы и утка. Нити внут-ренних слоев искривлены сильнее нитей наружных слоев. Это приводит к тому, что коэффициенты теплового расширения внутренних слоев оказываются больше соответ-ствующих величин наружных слоев, что вызывает возникновение остаточных растяги-вающих напряжений в трансверсальном (радиальном) направлении.В работе представлены результаты дилатометрических исследований распреде-ления коэффициентов линейного теплового расширения по толщине в окружном и аксиальном направлении. Объемные доли стекловолокон и матрицы в нитях опреде-лены методом выжигания, на основе чего вычислены теплофизические свойства нити как однонаправленного микропластика. Анализ геометрии реального переплетения нитей позволил получить данные для моделирования трехмерной структуры ткани и расчетного определения теплофизических свойств композитных тканевых слоев на мезоуровне в пакете ANSYS Workbench, которые были использованы далее для нахо-ждения остаточных межслойных температурных напряжений во втулке подшипника скольжения из стеклопластика на макроуровне. © ПНИПУ Ключевые слова:стеклопластик, намотка, трансверсальные напряжения, многоуровневое моделирование, конечно-элементный анализ, подшипник скольжения.  Безмельницын Александр

show abstract

“…The central path of the fiber crimp is taken to be a repetitive combination of elliptical segment and rectilinear segment to simplify fiber spatial orientation. The undulated segment of the yarn is described by an elliptical equation (1) where represent the central coordinates of the cross section of the yarn on the XY plane;…”

Section: D Geometric Model Of Woven Fabricmentioning

confidence: 99%

“…Based on the mesh refinement study in [1], we decided to use the 1 st order mesh to perform the finite element analysis to predict the effective through-thickness thermal conductivity of the three-phase composite model.…”

Section: Mesh Refinement Studymentioning

confidence: 99%

Comparison of two finite element homogenization prediction approaches for through thickness thermal conductivity of particle embedded textile composites

Heider

Advani

2015

Composite Structures

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

A detailed three dimensional finite element model was developed to predict the through-thickness thermal conductivity of a textile composite structure consisting of a woven fabric and matrix in our previous work [1] in which conductive particles are randomly distributed in the matrix in the unit cell already containing the woven fabric and the effective thermal conductivity of this three-phase system is numerically evaluated. In this paper, results of this three-component system are compared with a two-component system in which the thermal conductivity of the matrix and particles is homogenized by a finite element approximation under the same thermal conditions. A parametric study of this comparison is conducted over different volume fractions and thermal conductivities of both textile fabric and loaded particles and its efficacy is discussed. Typically such composites could be coated with a conductive skin on the surface. Thus, the role of the skin and fiber conductivities in enhancing heat transfer is compared for this structure. The proposed approach of finite element homogenization of particle-matrix medium can be used to conduct a preliminary assessment of through-thickness thermal conductivity of such three-component composite systems with fabrics, particles and matrices with and without the presence of a skin layer.

show abstract

Prediction of effective through-thickness thermal conductivity of woven fabric reinforced composites with embedded particles

Cited by 34 publications

References 28 publications

Electro-thermal damage of carbon fiber/epoxy composite laminate

Electro-thermal damage of carbon fiber/epoxy composite laminate

Multiscale Modeling and Formation Analysis of Technological Interlaminar Stresses in Thick-Walled GFRP Rings

Comparison of two finite element homogenization prediction approaches for through thickness thermal conductivity of particle embedded textile composites

Contact Info

Product

Resources

About