SlideShare a Scribd company logo
1 of 19
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
SIMULATION AND TESTING OF STITCHED
GLASSFIBRE LAMINATES FATIGUE BEHAVIOUR
Novozhilov Y.V.a, Mikhaluk D.S. a, Borovkov A.I. a, Gilyov E.E. a;
Kemppinen M.b, Dufva K. b, Karttunen T. b, Koulu J. b
a CompMechLab of St. Petersburg State Polytechnic University
Politekhnicheskaya 29, Bld. 1, Aud. 433, 195251 St.Petersburg, Russia
research@compmechlab.com
b Research Centre YTI of Mikkeli University of Applied Sciences,
Patteristonkatu 3, room E118, P.O. Box 181, 50101 Mikkeli, Finland
martti.kemppinen@mamk.fi
July 27, 2009
Edinburgh, Scotland
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Laminate Structure and Stitching Parameters
Y
X
Vf
2= 60 %
Vf
3= 63 %
Vf
1= 57 %
Glassfiber bundle
Stitching yarns
L = 150 mm
1 mm
Young's modulus(E) Poisson ratio (υ) Ultimate stress (ϭu)
Glass 76.00 GPa 0.3 1.40 GPa
Epoxy 3.50 GPa 0.3 0.06 GPa
2 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Goals and Methods
Finite Element (FE) analysis and study of different stitching factors:
• presence of stitching (bundle waviness)
• non-uniform stitching yarn tension (variable bundle thickness and fibre volume factor)
The stress distribution gives an idea of:
• potential alarm zone locations
• laminate fatigue behavior
Experimental study for laminates:
• experimental fatigue tests
• FE model validation
Analysis is performed on meso-level: fiber bundles and matrix are considered.
3 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Composite dimensions
Symbol Size, mm
А 3.09
В 15.00
С 1.51
D 3.44
E 0.60
0.25 mm
8.25 mm
А
4 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Z
Y
Effective elastic moduli of the bundle
Young's modulus Shear modulus Poisson's ratio
EX = 44.13 GPa GYZ = 3.81 GPa υYZ = 0.28
EY = 10.33 GPa GXZ = 4.10 GPa υXZ = 0.07
EZ = 10.33 GPa GXY = 4.10 GPa υXY = 0.07
Chaotic packing of the fibers
SEM photo
Hexagonal packing of the fibers
Geometrical model
¼ periodicity cell
FEM
Direct FE Homogenization
( ) ( )
( ) ( )
, ,
( ) *,
, ,
f f
e e
C r V fibre
C r C r V
C r V epoxy
 
  

Vf = 56%
* Borovkov A.I. Effective Physical and Mechanic Properties of Fiber Composites – VINITI 1985
Ø fiber ≈ 16 μm
5 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
UX = <εx>L
3D FE Model and Boundary conditions
3D FEM
Quadratic 20-node 3D FE
Number of elements 391 400
Number of nodes 1 617 262
Number of degrees of freedom 4 851 786
X
Y
Z
Y
Z
0| 0
0,0005
| 4,125
X
X L
U
U L m

 



  
 
X
Y
UX = 0
L
6 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Transformation of Lamina Stiffness Matrix
X
Y
1
2
θ
Local coordinate system rotation
θmax = 14 º
      
11 12 1611 12
1
21 22 21 22 26
66 61 62 66
0
0 ;
0 0 2 2
Q Q QQ Q
Q Q Q Q T Q T Q Q Q
Q Q Q Q

  
          
      
 
2 2
2 2
cos sin sin 2
sin cos sin 2
sin 2 sin 2 cos2
2 2
T
  
  
  
 
 
  
 
  
7 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
FE results
15 25211917 23
0 7654321
X
Y
Z
σX, MPa
σi, MPa
Bundles Epoxy
σmax, MPa 21.6 6.4
σu, MPa 1400.0 60.0
8 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Local Elastic Coefficients Computation
Y
Z
Y
X
9 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Local Elastic Coefficients Computation algorithm
Vf
2= 60 %
Vf
3= 63 %
Vf
1= 57 %
2
2
2
X x x f x f
Y y y f y f
Z z z f z f
E a b V c V
E a b V c V
E a b V c V
  
  
  
10 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Variable effective elastic moduli of the medium
X
Y
Z
11 of 18
40.0
41.0
42.0
43.0
44.0
45.0
46.0
0 1.5 3 4.5 6 7.5
Ex,GPa
X, mm
Bundle № 1
Bundle № 2
Bundle № 3
Bundle № 4
Bundle № 5
Bundle Vf=56%
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
3D FE model with variable bundle thickness
X
Z
Y
Quadratic 20-node 3D FE
Number of elements 381 320
Number of nodes 1 577 628
Number of degrees of freedom 4 732 884
12 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
X
Y
Z
X
Y
Z
FE results
15 25211917 23
σX, MPa
σi, MPa
0 7654321
Bundles Epoxy
σmax, MPa 24.3 6.8
σu, MPa 1400.0 60.0
X
Y
Z
13 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
0 765432115 25211917 23
Regular geometry
Influence of irregular geometry
Irregular geometry
σX, MPa σi, MPa
X
Y
Z
σi max = 6.4 MPa
σi max = 6.8 MPa
σx max = 21.6 MPa
σx max = 24.3 MPa
X
Y
Z
14 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Other patterns of stitching
Y
Z
X
Y
Z
15 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
15 25211917 23
FE results for other patterns of stitching
0 7654321
σX, MPa
σi, MPa
X
Y
Z
16 of 18
σi max = 6.7 MPa
σx max = 22.1 MPa σx max = 25.2 MPa
σi max = 4.8 MPa
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
FE model validation and experimental fatigue tests
Data from EX, GPa
Regular bundles (FEM) 33.2
Irregular bundles (FEM) 30.3
Experimental data 35.0 ÷ 40.0
Damaged test specimen after 3.8·106 cycle
17 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Conclusions
 FE stress analysis of stitched glassfiber composites is made
 Model with regular bundles geometry
• Analysis was performed at a meso-level
• In-plane bundles waviness was considered
• Transformation of lamina stiffness matrix
• 95% correlation with experimental data
 Influence of non-uniform value of the chopped strand tension during laminate
manufacturing
• 13% growth of maximal stress in bundles
Results for other type of stitching are obtained
• ϭx max in bundles from 21.6 MPa to 25.2 MPa
• ϭi max in matrix from 4.8 MPa to 6.7 MPa
• Significant influence of stitching type
 Experimental static and fatigue test are carried out
18 of 18
St.Petersburg State Polytechnic University
Computational Mechanics Laboratory
Mikkeli University of Applied Sciences
Research Centre YTI
Thank you for attention!

More Related Content

More from Yury Novozhilov

Облачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPC
Облачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPCОблачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPC
Облачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPCYury Novozhilov
 
Работа решателей Ansys на российском интерконнекте Ангара
Работа решателей Ansys на российском интерконнекте АнгараРабота решателей Ansys на российском интерконнекте Ангара
Работа решателей Ansys на российском интерконнекте АнгараYury Novozhilov
 
Методики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNA
Методики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNAМетодики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNA
Методики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNAYury Novozhilov
 
Топологическая оптимизация конструкций
Топологическая оптимизация конструкцийТопологическая оптимизация конструкций
Топологическая оптимизация конструкцийYury Novozhilov
 
Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18
Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18
Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18Yury Novozhilov
 
Высокопроизводительные решения в ANSYS 18
Высокопроизводительные решения в ANSYS 18Высокопроизводительные решения в ANSYS 18
Высокопроизводительные решения в ANSYS 18Yury Novozhilov
 
Aппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих сред
Aппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих средAппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих сред
Aппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих средYury Novozhilov
 
Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...
Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...
Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...Yury Novozhilov
 
Радиопрозрачный композитный кожух параболической антенны
Радиопрозрачный композитный кожух параболической антенныРадиопрозрачный композитный кожух параболической антенны
Радиопрозрачный композитный кожух параболической антенныYury Novozhilov
 
Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNA
Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNAЖелезобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNA
Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNAYury Novozhilov
 
Моделирование продольного спуска судна на воду
Моделирование продольного спуска судна на водуМоделирование продольного спуска судна на воду
Моделирование продольного спуска судна на водуYury Novozhilov
 
User Defined Materials in LS-DYNA
User Defined Materials in LS-DYNAUser Defined Materials in LS-DYNA
User Defined Materials in LS-DYNAYury Novozhilov
 
Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...
Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...
Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...Yury Novozhilov
 
Многокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элемента
Многокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элементаМногокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элемента
Многокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элементаYury Novozhilov
 
Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...
Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...
Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...Yury Novozhilov
 
Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS
Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYSМоделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS
Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYSYury Novozhilov
 
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...Yury Novozhilov
 
Прикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделировании
Прикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделированииПрикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделировании
Прикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделированииYury Novozhilov
 
ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...
ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...
ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...Yury Novozhilov
 
Автоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методики
Автоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методикиАвтоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методики
Автоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методикиYury Novozhilov
 

More from Yury Novozhilov (20)

Облачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPC
Облачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPCОблачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPC
Облачные технологии и решений ANSYS. Новые возможности ANSYS HPC
 
Работа решателей Ansys на российском интерконнекте Ангара
Работа решателей Ansys на российском интерконнекте АнгараРабота решателей Ansys на российском интерконнекте Ангара
Работа решателей Ansys на российском интерконнекте Ангара
 
Методики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNA
Методики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNAМетодики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNA
Методики моделирования взрывов в ANSYS LS-DYNA
 
Топологическая оптимизация конструкций
Топологическая оптимизация конструкцийТопологическая оптимизация конструкций
Топологическая оптимизация конструкций
 
Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18
Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18
Оптимальное проектирование топологии в ANSYS 18
 
Высокопроизводительные решения в ANSYS 18
Высокопроизводительные решения в ANSYS 18Высокопроизводительные решения в ANSYS 18
Высокопроизводительные решения в ANSYS 18
 
Aппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих сред
Aппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих средAппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих сред
Aппаратное обеспечения для решения задач механики сыпучих сред
 
Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...
Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...
Продольный спуск судна на воду в ALE постановке. Работы с FSI и многофазными ...
 
Радиопрозрачный композитный кожух параболической антенны
Радиопрозрачный композитный кожух параболической антенныРадиопрозрачный композитный кожух параболической антенны
Радиопрозрачный композитный кожух параболической антенны
 
Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNA
Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNAЖелезобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNA
Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNA
 
Моделирование продольного спуска судна на воду
Моделирование продольного спуска судна на водуМоделирование продольного спуска судна на воду
Моделирование продольного спуска судна на воду
 
User Defined Materials in LS-DYNA
User Defined Materials in LS-DYNAUser Defined Materials in LS-DYNA
User Defined Materials in LS-DYNA
 
Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...
Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...
Конечно элементное исследование пространственного напряженного состояния прош...
 
Многокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элемента
Многокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элементаМногокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элемента
Многокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элемента
 
Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...
Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...
Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной...
 
Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS
Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYSМоделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS
Моделирование и анализ прочности сэндвич-панели в ANSYS
 
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой...
 
Прикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделировании
Прикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделированииПрикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделировании
Прикладные задачи оптимизации формы и топологии конструкций в КЭ моделировании
 
ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...
ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...
ANSYS EKM – эффективное управление данными инженерных расчетов в процессе раз...
 
Автоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методики
Автоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методикиАвтоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методики
Автоматизированные рабочие места интерактивные расчетные методики
 

Recently uploaded

PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...Sérgio Sacani
 
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43bNightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43bSérgio Sacani
 
Physiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptx
Physiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptxPhysiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptx
Physiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptxAArockiyaNisha
 
Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )
Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )
Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )aarthirajkumar25
 
Animal Communication- Auditory and Visual.pptx
Animal Communication- Auditory and Visual.pptxAnimal Communication- Auditory and Visual.pptx
Animal Communication- Auditory and Visual.pptxUmerFayaz5
 
Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |
Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |
Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |aasikanpl
 
Analytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptx
Analytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptxAnalytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptx
Analytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptxSwapnil Therkar
 
Luciferase in rDNA technology (biotechnology).pptx
Luciferase in rDNA technology (biotechnology).pptxLuciferase in rDNA technology (biotechnology).pptx
Luciferase in rDNA technology (biotechnology).pptxAleenaTreesaSaji
 
Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...
Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...
Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...Nistarini College, Purulia (W.B) India
 
VIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C P
VIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C PVIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C P
VIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C PPRINCE C P
 
All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...
All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...
All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...Sérgio Sacani
 
zoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistan
zoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistanzoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistan
zoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistanzohaibmir069
 
STERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCE
STERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCESTERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCE
STERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCEPRINCE C P
 
Disentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOSTDisentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOSTSérgio Sacani
 
NAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdf
NAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdfNAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdf
NAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdfWadeK3
 
Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...
Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...
Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...Lokesh Kothari
 
Natural Polymer Based Nanomaterials
Natural Polymer Based NanomaterialsNatural Polymer Based Nanomaterials
Natural Polymer Based NanomaterialsAArockiyaNisha
 
Isotopic evidence of long-lived volcanism on Io
Isotopic evidence of long-lived volcanism on IoIsotopic evidence of long-lived volcanism on Io
Isotopic evidence of long-lived volcanism on IoSérgio Sacani
 
SOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptx
SOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptxSOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptx
SOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptxkessiyaTpeter
 
Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.
Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.
Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.aasikanpl
 

Recently uploaded (20)

PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
 
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43bNightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b
 
Physiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptx
Physiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptxPhysiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptx
Physiochemical properties of nanomaterials and its nanotoxicity.pptx
 
Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )
Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )
Recombination DNA Technology (Nucleic Acid Hybridization )
 
Animal Communication- Auditory and Visual.pptx
Animal Communication- Auditory and Visual.pptxAnimal Communication- Auditory and Visual.pptx
Animal Communication- Auditory and Visual.pptx
 
Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |
Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |
Call Us ≽ 9953322196 ≼ Call Girls In Mukherjee Nagar(Delhi) |
 
Analytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptx
Analytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptxAnalytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptx
Analytical Profile of Coleus Forskohlii | Forskolin .pptx
 
Luciferase in rDNA technology (biotechnology).pptx
Luciferase in rDNA technology (biotechnology).pptxLuciferase in rDNA technology (biotechnology).pptx
Luciferase in rDNA technology (biotechnology).pptx
 
Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...
Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...
Bentham & Hooker's Classification. along with the merits and demerits of the ...
 
VIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C P
VIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C PVIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C P
VIRUSES structure and classification ppt by Dr.Prince C P
 
All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...
All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...
All-domain Anomaly Resolution Office U.S. Department of Defense (U) Case: “Eg...
 
zoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistan
zoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistanzoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistan
zoogeography of pakistan.pptx fauna of Pakistan
 
STERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCE
STERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCESTERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCE
STERILITY TESTING OF PHARMACEUTICALS ppt by DR.C.P.PRINCE
 
Disentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOSTDisentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOST
 
NAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdf
NAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdfNAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdf
NAVSEA PEO USC - Unmanned & Small Combatants 26Oct23.pdf
 
Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...
Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...
Labelling Requirements and Label Claims for Dietary Supplements and Recommend...
 
Natural Polymer Based Nanomaterials
Natural Polymer Based NanomaterialsNatural Polymer Based Nanomaterials
Natural Polymer Based Nanomaterials
 
Isotopic evidence of long-lived volcanism on Io
Isotopic evidence of long-lived volcanism on IoIsotopic evidence of long-lived volcanism on Io
Isotopic evidence of long-lived volcanism on Io
 
SOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptx
SOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptxSOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptx
SOLUBLE PATTERN RECOGNITION RECEPTORS.pptx
 
Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.
Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.
Call Girls in Munirka Delhi 💯Call Us 🔝9953322196🔝 💯Escort.
 

Simulation and testing of stitched glassfibre laminates fatigue behavior

  • 1. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI SIMULATION AND TESTING OF STITCHED GLASSFIBRE LAMINATES FATIGUE BEHAVIOUR Novozhilov Y.V.a, Mikhaluk D.S. a, Borovkov A.I. a, Gilyov E.E. a; Kemppinen M.b, Dufva K. b, Karttunen T. b, Koulu J. b a CompMechLab of St. Petersburg State Polytechnic University Politekhnicheskaya 29, Bld. 1, Aud. 433, 195251 St.Petersburg, Russia research@compmechlab.com b Research Centre YTI of Mikkeli University of Applied Sciences, Patteristonkatu 3, room E118, P.O. Box 181, 50101 Mikkeli, Finland martti.kemppinen@mamk.fi July 27, 2009 Edinburgh, Scotland
  • 2. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Laminate Structure and Stitching Parameters Y X Vf 2= 60 % Vf 3= 63 % Vf 1= 57 % Glassfiber bundle Stitching yarns L = 150 mm 1 mm Young's modulus(E) Poisson ratio (υ) Ultimate stress (ϭu) Glass 76.00 GPa 0.3 1.40 GPa Epoxy 3.50 GPa 0.3 0.06 GPa 2 of 18
  • 3. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Goals and Methods Finite Element (FE) analysis and study of different stitching factors: • presence of stitching (bundle waviness) • non-uniform stitching yarn tension (variable bundle thickness and fibre volume factor) The stress distribution gives an idea of: • potential alarm zone locations • laminate fatigue behavior Experimental study for laminates: • experimental fatigue tests • FE model validation Analysis is performed on meso-level: fiber bundles and matrix are considered. 3 of 18
  • 4. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Composite dimensions Symbol Size, mm А 3.09 В 15.00 С 1.51 D 3.44 E 0.60 0.25 mm 8.25 mm А 4 of 18
  • 5. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Z Y Effective elastic moduli of the bundle Young's modulus Shear modulus Poisson's ratio EX = 44.13 GPa GYZ = 3.81 GPa υYZ = 0.28 EY = 10.33 GPa GXZ = 4.10 GPa υXZ = 0.07 EZ = 10.33 GPa GXY = 4.10 GPa υXY = 0.07 Chaotic packing of the fibers SEM photo Hexagonal packing of the fibers Geometrical model ¼ periodicity cell FEM Direct FE Homogenization ( ) ( ) ( ) ( ) , , ( ) *, , , f f e e C r V fibre C r C r V C r V epoxy       Vf = 56% * Borovkov A.I. Effective Physical and Mechanic Properties of Fiber Composites – VINITI 1985 Ø fiber ≈ 16 μm 5 of 18
  • 6. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI UX = <εx>L 3D FE Model and Boundary conditions 3D FEM Quadratic 20-node 3D FE Number of elements 391 400 Number of nodes 1 617 262 Number of degrees of freedom 4 851 786 X Y Z Y Z 0| 0 0,0005 | 4,125 X X L U U L m            X Y UX = 0 L 6 of 18
  • 7. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Transformation of Lamina Stiffness Matrix X Y 1 2 θ Local coordinate system rotation θmax = 14 º        11 12 1611 12 1 21 22 21 22 26 66 61 62 66 0 0 ; 0 0 2 2 Q Q QQ Q Q Q Q Q T Q T Q Q Q Q Q Q Q                         2 2 2 2 cos sin sin 2 sin cos sin 2 sin 2 sin 2 cos2 2 2 T                      7 of 18
  • 8. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI FE results 15 25211917 23 0 7654321 X Y Z σX, MPa σi, MPa Bundles Epoxy σmax, MPa 21.6 6.4 σu, MPa 1400.0 60.0 8 of 18
  • 9. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Local Elastic Coefficients Computation Y Z Y X 9 of 18
  • 10. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Local Elastic Coefficients Computation algorithm Vf 2= 60 % Vf 3= 63 % Vf 1= 57 % 2 2 2 X x x f x f Y y y f y f Z z z f z f E a b V c V E a b V c V E a b V c V          10 of 18
  • 11. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Variable effective elastic moduli of the medium X Y Z 11 of 18 40.0 41.0 42.0 43.0 44.0 45.0 46.0 0 1.5 3 4.5 6 7.5 Ex,GPa X, mm Bundle № 1 Bundle № 2 Bundle № 3 Bundle № 4 Bundle № 5 Bundle Vf=56%
  • 12. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI 3D FE model with variable bundle thickness X Z Y Quadratic 20-node 3D FE Number of elements 381 320 Number of nodes 1 577 628 Number of degrees of freedom 4 732 884 12 of 18
  • 13. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI X Y Z X Y Z FE results 15 25211917 23 σX, MPa σi, MPa 0 7654321 Bundles Epoxy σmax, MPa 24.3 6.8 σu, MPa 1400.0 60.0 X Y Z 13 of 18
  • 14. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI 0 765432115 25211917 23 Regular geometry Influence of irregular geometry Irregular geometry σX, MPa σi, MPa X Y Z σi max = 6.4 MPa σi max = 6.8 MPa σx max = 21.6 MPa σx max = 24.3 MPa X Y Z 14 of 18
  • 15. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Other patterns of stitching Y Z X Y Z 15 of 18
  • 16. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI 15 25211917 23 FE results for other patterns of stitching 0 7654321 σX, MPa σi, MPa X Y Z 16 of 18 σi max = 6.7 MPa σx max = 22.1 MPa σx max = 25.2 MPa σi max = 4.8 MPa
  • 17. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI FE model validation and experimental fatigue tests Data from EX, GPa Regular bundles (FEM) 33.2 Irregular bundles (FEM) 30.3 Experimental data 35.0 ÷ 40.0 Damaged test specimen after 3.8·106 cycle 17 of 18
  • 18. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Conclusions  FE stress analysis of stitched glassfiber composites is made  Model with regular bundles geometry • Analysis was performed at a meso-level • In-plane bundles waviness was considered • Transformation of lamina stiffness matrix • 95% correlation with experimental data  Influence of non-uniform value of the chopped strand tension during laminate manufacturing • 13% growth of maximal stress in bundles Results for other type of stitching are obtained • ϭx max in bundles from 21.6 MPa to 25.2 MPa • ϭi max in matrix from 4.8 MPa to 6.7 MPa • Significant influence of stitching type  Experimental static and fatigue test are carried out 18 of 18
  • 19. St.Petersburg State Polytechnic University Computational Mechanics Laboratory Mikkeli University of Applied Sciences Research Centre YTI Thank you for attention!