journal article·2024-05

Elastic moduli prediction of a short fiber composite with interface debonding at fiber ends

Hong-Bo Huang, Zheng-Ming Huang, Yong-Ping Wan

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Abstract

This work deals with the fiber ends debonding-induced elastic moduli degradation of a short fiber reinforced composite (SFRC). The strain fields of the matrix in a representative volume element (RVE) of the SFRC are determined from an imaginary fiber technique. By using the debonding boundary conditions, the debonded modulus of the composite is derived, which is affected by not only the far-field but also the transient solutions for the longitudinal strain of the matrix. Particularly, the imaginary fiber technique provides unbounded solution for a moderately large fiber aspect ratio. This is resolved by separating the RVE along the fiber direction into two domains. Combining the longitudinal strains in both domains, the longitudinal modulus is determined, and the longitudinal bridging tensor element in the micromechanics Bridging Model is amended. Five elastic moduli of an SFRC after the fiber end debonding are obtained on the amended Bridging Model. The effects of the fiber volume fraction, fiber aspect ratio, and fiber-to-matrix modulus ratio on the end-debonded longitudinal modulus, transverse modulus, and longitudinal Poisson’s ratio are investigated.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Composite Material Mechanics · Mechanical Behavior of Composites · Numerical methods in engineering

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

School of Aerospace Engineering & Applied Mechanics, Tongji University, Shanghai, China.

Funding

National Natural Science Foundation of China

References (88)

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1. 10.1016/j.commatsci.2007.01.02110.1016/j.commatsci.2007.01.021 ↗
2. 10.1016/j.compositesa.2020.10582610.1016/j.compositesa.2020.105826 ↗
3. 10.1016/j.compositesb.2013.11.00110.1016/j.compositesb.2013.11.001 ↗
4. 10.1016/j.compositesb.2014.01.01910.1016/j.compositesb.2014.01.019 ↗
5. 10.1016/j.compositesb.2017.01.00710.1016/j.compositesb.2017.01.007 ↗
6. 10.1016/j.ijmecsci.2019.01.02410.1016/j.ijmecsci.2019.01.024 ↗
7. 10.1016/j.compstruct.2015.03.03610.1016/j.compstruct.2015.03.036 ↗
8. 10.1016/j.ijmecsci.2006.08.01510.1016/j.ijmecsci.2006.08.015 ↗
9. 10.1016/j.commatsci.2008.06.02110.1016/j.commatsci.2008.06.021 ↗
10. 10.1016/j.commatsci.2007.04.01310.1016/j.commatsci.2007.04.013 ↗
11. 10.1016/0001-6160(89)90339-810.1016/0001-6160(89)90339-8 ↗
12. 10.1088/0508-3443/3/3/30210.1088/0508-3443/3/3/302 ↗
13. 10.1016/j.compstruct.2016.06.07510.1016/j.compstruct.2016.06.075 ↗
14. 10.1016/S0266-3538(02)00024-610.1016/S0266-3538(02)00024-6 ↗
15. 10.1016/j.mechmat.2003.12.00710.1016/j.mechmat.2003.12.007 ↗
16. 10.1016/S0020-7683(03)00013-110.1016/S0020-7683(03)00013-1 ↗
17. Eshelby JD (1957) The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems. Proceedings of the Royal Society A - Mathematical Physical and Engineering Sciences 241: 376–396.10.1098/rspa.1957.0133 ↗
18. 10.1016/S0266-3538(99)00157-810.1016/S0266-3538(99)00157-8 ↗
19. 10.1007/BF0094896210.1007/BF00948962 ↗
20. 10.1016/j.compstruct.2019.11139810.1016/j.compstruct.2019.111398 ↗
21. 10.1177/1056789521101906510.1177/10567895211019065 ↗
22. 10.1016/j.compositesb.2021.10893110.1016/j.compositesb.2021.108931 ↗
23. 10.1177/105678952199208710.1177/1056789521992087 ↗
24. 10.1016/j.ijmecsci.2020.10583110.1016/j.ijmecsci.2020.105831 ↗
25. 10.1016/j.compscitech.2017.12.00710.1016/j.compscitech.2017.12.007 ↗
26. 10.1038/srep3476110.1038/srep34761 ↗
27. 10.1002/pc.2586410.1002/pc.25864 ↗
28. 10.1016/j.compositesa.2020.10588910.1016/j.compositesa.2020.105889 ↗
29. 10.1016/j.compstruct.2020.11327910.1016/j.compstruct.2020.113279 ↗
30. 10.1016/S1359-835X(00)00142-110.1016/S1359-835X(00)00142-1 ↗
31. 10.1016/j.ijmecsci.2019.10506810.1016/j.ijmecsci.2019.105068 ↗
32. Iii CLT · Composites Science and Technology · 1999 · 17 · 655
33. 10.1016/j.ijmecsci.2020.10594310.1016/j.ijmecsci.2020.105943 ↗
34. 10.1016/j.mtcomm.2019.10055210.1016/j.mtcomm.2019.100552 ↗
35. 10.1016/j.compstruct.2015.06.00710.1016/j.compstruct.2015.06.007 ↗
36. 10.1016/j.msea.2003.09.05510.1016/j.msea.2003.09.055 ↗
37. 10.1016/S0020-7683(01)00124-X10.1016/S0020-7683(01)00124-X ↗
38. 10.1016/S1359-835X(02)00006-410.1016/S1359-835X(02)00006-4 ↗
39. 10.1016/j.mechmat.2011.06.01010.1016/j.mechmat.2011.06.010 ↗
40. 10.1016/j.jmps.2019.10385410.1016/j.jmps.2019.103854 ↗
41. 10.1016/j.mechmat.2016.08.00810.1016/j.mechmat.2016.08.008 ↗
42. 10.1177/108128651880552110.1177/1081286518805521 ↗
43. 10.1016/j.ijmecsci.2003.09.00810.1016/j.ijmecsci.2003.09.008 ↗
44. 10.1016/S0020-7683(01)00085-310.1016/S0020-7683(01)00085-3 ↗
45. 10.1177/105678952092410310.1177/1056789520924103 ↗
46. 10.1016/j.ijmecsci.2009.10.01010.1016/j.ijmecsci.2009.10.010 ↗
47. 10.1016/j.compositesb.2018.11.10610.1016/j.compositesb.2018.11.106 ↗
48. 10.1016/0001-6160(73)90064-310.1016/0001-6160(73)90064-3 ↗
49. 10.1177/002199831557431410.1177/0021998315574314 ↗
50. 10.1016/j.compscitech.2019.10794210.1016/j.compscitech.2019.107942 ↗
51. 10.1016/j.engfracmech.2010.01.00710.1016/j.engfracmech.2010.01.007 ↗
52. 10.1016/j.ijmecsci.2019.10519610.1016/j.ijmecsci.2019.105196 ↗
53. 10.1016/j.ijsolstr.2015.03.03410.1016/j.ijsolstr.2015.03.034 ↗
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56. 10.1016/j.ijsolstr.2011.08.00210.1016/j.ijsolstr.2011.08.002 ↗
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58. 10.1016/j.ijmecsci.2020.10569910.1016/j.ijmecsci.2020.105699 ↗
59. 10.1016/j.compscitech.2018.03.04110.1016/j.compscitech.2018.03.041 ↗
60. 10.1007/s00466-019-01694-310.1007/s00466-019-01694-3 ↗
61. 10.1016/j.compositesb.2019.10767610.1016/j.compositesb.2019.107676 ↗
62. 10.1177/105678951989437910.1177/1056789519894379 ↗
63. 10.1016/j.compscitech.2017.04.03410.1016/j.compscitech.2017.04.034 ↗
64. 10.1177/002199831561845610.1177/0021998315618456 ↗
65. 10.1016/j.compositesb.2015.05.00110.1016/j.compositesb.2015.05.001 ↗
66. 10.1016/j.ijplas.2004.10.00110.1016/j.ijplas.2004.10.001 ↗
67. 10.1016/j.ijsolstr.2006.09.00410.1016/j.ijsolstr.2006.09.004 ↗
68. 10.1115/1.315762310.1115/1.3157623 ↗
69. 10.1016/j.compstruct.2015.05.01410.1016/j.compstruct.2015.05.014 ↗
70. 10.1007/s00707-013-1052-610.1007/s00707-013-1052-6 ↗
71. 10.1177/073168441875436010.1177/0731684418754360 ↗
72. 10.1016/j.compscitech.2019.10778810.1016/j.compscitech.2019.107788 ↗
73. 10.1016/j.compstruct.2012.02.00310.1016/j.compstruct.2012.02.003 ↗
74. 10.1177/1056789522112805710.1177/10567895221128057 ↗
75. 10.1177/002199831876912810.1177/0021998318769128 ↗
76. 10.1016/j.ijmecsci.2021.10687710.1016/j.ijmecsci.2021.106877 ↗
77. 10.1177/002199831246597710.1177/0021998312465977 ↗
78. 10.1016/j.compstruct.2019.03.00710.1016/j.compstruct.2019.03.007 ↗
79. 10.1177/105678951985448810.1177/1056789519854488 ↗
80. 10.1016/j.mechmat.2012.11.00810.1016/j.mechmat.2012.11.008 ↗
81. 10.1016/j.compositesa.2015.02.01410.1016/j.compositesa.2015.02.014 ↗
82. 10.1016/j.compositesa.2014.06.00510.1016/j.compositesa.2014.06.005 ↗
83. 10.1016/j.ijsolstr.2008.05.01310.1016/j.ijsolstr.2008.05.013 ↗
84. 10.1177/105678951246835610.1177/1056789512468356 ↗
85. 10.1016/j.ijmecsci.2015.12.00310.1016/j.ijmecsci.2015.12.003 ↗
86. 10.1177/105678951983155410.1177/1056789519831554 ↗
87. 10.1016/S0020-7683(96)00027-310.1016/S0020-7683(96)00027-3 ↗
88. 10.1177/1056789521101122510.1177/10567895211011225 ↗