Experimental Analysis of the Influence of Structural Parameters on the Behavior of Glass-Fiber Reinforced Polypropylene Composites

In a composite material reinforced by short random fibers, damage results from different elementary failure mechanisms such as matrix micro-cracking, fiber pull out, failure of fiber/matrix interface, failure of fibers, etc. These damages have a large influence on the macroscopic behavior of composite materials. To obtain a good mechanical performance of a composite material, it is important to optimize the fiber ratio and the quality of the fiber/matrix interface, which have a direct influence on the damage mentioned above. The main objective of this study is to determine the influence of structural parameters on the evolution of damage for two types of polypropylene glass-fiber reinforced composites. In parallel with a classical approach of the mechanical theory of damage, which consists in load-unload tensile tests, the use of acoustic emission allows one to follow in real time the character and the importance of damage mechanisms in the course of loading. In addition, fractographic analysis makes it possible to confirm different assumptions and conclusions from this study.В композитном материале, армированном случайно расположенными короткими волокнами, повреждения при механическом нагружении возникают в результате действия разных элементарных механизмов, таких как микрорастрескивание матрицы, выдергивание волокон, разрушение межфазной границы волокно-матрица, разрушение волокон. Эти повреждения оказывают большое влияние на макроскопические свойства композитного материала. Для получения приемлемых механических характеристик композитного материала важно оптимизировать концентрацию волокон, а также качество межфазной границы волокно- матрица, которые оказывают непосредственное влияние на перечисленные выше повреждения. Главной целью статьи является определение влияния структурных параметров на эволюцию повреждаемости двух типов стеклопластиков на основе полипропилена. Одновременно с классическим подходом к механической теории повреждаемости, основанной на испытаниях на растяжение с периодической разгрузкой, использование метода акустической эмиссии дает возможность изучать в реальном времени природу и важность механизмов повреждений в процессе нагружения. В дополнение к этому фрактографический анализ позволяет подтвердить различные предпосылки и заключения настоящего исследования.У композитному матеріалі, що армований випадково розташованими короткими волокнами, пошкодження при механічному навантаженні виникають внаслідок дії різних елементарних механізмів, таких як мікророзтріскування матриці, висмикування волокон, руйнування міжфазової границі волокно- матриця, руйнування волокон. Ці пошкодження зумовлюють значний вплив на макроскопічні властивості композитного матеріалу. Щоб отримати прийнятні механічні характеристики композитного матеріалу, важливо оптимі- зувати концентрацію волокон, а також якість міжфазової границі волокно- матриця, які безпосередньо впливають на ці пошкодження. Головна мета роботи - визначення впливу структурних параметрів на еволюцію пошкодження двох типів склопластиків на основі поліпропілену. Одночасно з класичним підходом до механічної теорії пошкодження, що заснована на випробуваннях на розтяг із періодичним розвантаженням, використання методу акустичної емісії дає змогу вивчати в реальному часі природу і важливість механізмів пошкоджень у процесі навантаження. Додатково до цього фрактографічний аналіз дозволяє підтвердити різні передумови і висновки даного дослідження

Fracture Process in ± θ Laminates Subjected to Mode II Loading

This work studies the behavior of a multidirectional laminate under Mode II loading. We describe the process of delamination in a reinforced composite of glass/epoxy. The stacking sequence (plies orientation [±θ]) was selected to minimize the coupling effects. The Mode II interlaminar test under three-point bending and cantilever flexure using ENF (End Notch Flexure) and ELS (End Load Split) specimens, respectively, was performed and analyzed. The test procedures and the results of strain-energy-release rate study for crack initiation are presented. The fracture process and the mechanical behavior of the two types of specimens are analyzed. The analysis clearly shows a close link between the angle θ, the ratio a/L, and the thickness h of the specimen. Fracture by delamination can be obtained only with an optimal choice of these parameters. The analysis of the states of stresses at the tip of crack allows us to explain the phenomenon of bifurcation between plies and is confirmed by the experimental results.Исследуется поведение многомерного ламината при его нагружении по типу KII . Описан процесс деламинирования упрочненного стеклоэпоксидного композита. Для минимизации эффектов трения выбрана ориентация ± θ. Рассмотрена методика межламинарных испытаний по типу KII с использованием схем трехточечного и консольного изгиба соответственно образцов типа ENF (торцевое защемление с консольным изгибом нагрузкой, равномерно распределенной по ширине свободного торца) и ELS (шарнирно закрепленная балка с центральной нагрузкой, равномерно распределенной по ширине балки). Представлены экспериментальные методики и результаты исследования скоростей высвобождения энергии деформации при инициировании трещин. Для двух вышеуказанных типов образцов проанализирован процесс разрушения и механического поведения материала. Установлена тесная корреляционная связь между величинами угла θ, соотношением a/L и толщиной образцов h. Показано, что разрушение вследствие деламинации возможно только при условии оптимального выбора этих параметров. Анализ напряженного состояния в вершине трещины позволяет объяснить явление межслойной бифуркации, его результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными.Досліджується поведінка багатовимірного ламіната при його навантаженні за типом KII . Описано процес деламінування зміцненого склоепоксидного композита. Для мінімізації ефектів тертя вибрано орієнтацію ± θ. Розглянуто методику міжламінарних випробувань за типом KII із використанням схем триточкового і консольного згину відповідно зразків типу ENF (торцеве затиснення з консольним згином навантаженням, що рівномірно розподілене по ширині вільного торця) і ELS (шарнірно закріплена балка з центральним навантаженням, що рівномірно розподілене по ширині балкі). Представлено експериментальні методики і результати щодо швидкостей звільнення енергії деформації при ініціюванні тріщин. Для двох вищевказаних типів зразків проаналізовано процес руйнування і механічної проведінки матеріалу. Установлено кореляційний зв’язок між величинами кута θ, відношенням a /L і товщиною зразків h. Показано, що руйнування внаслідок деламінації можливе лише за умови оптимального вибору цих параметрів. Аналіз напруженого стану у вістрі тріщини дозволяє пояснити явище міжшарової біфуркації і добре узгоджується із експериментальними даними

Ewing’s sarcoma of the mobile spine: Three unusual observations

Background. Ewing’s sarcoma is a bony highly malignant tumour, it occurs most frequently in the second decade of life. Ewing’s sarcoma is a rare affection, located usually in the pelvis, the femur, the humerus, the ribs, the mandible and clavicle, other location are rare especially in the spine. We report three cases of spinal Ewing’s sarcoma, two primary spine locations and one on young adult with unusual clinical presentation. Cases presentation Case 1. The first patient is a girl of 14 years old without past medical history. She presented initially two months before consultation a neck pain followed days after by a weakness of the left upper limb; the spine imaging performed objectified a destructive process of C2 with a spinal cord compression. The patient was operated beneficiating of a spinal cord decompression and a subtotal removal of the tumour. The pathologist’s results were in favour of Ewing’s sarcoma and the patient was oriented to oncology. Case 2. The second patient is a man of 31 years old operated five years before he consulted for shoulder Ewing’s sarcoma followed by chemotherapy and radiotherapy, he presented two months before consultation a cauda equina syndrome. Spine MRI objectified a double location of an epidural tumour at T3-T4 and S1-S2 levels. The patient was operated beneficiating of subtotal removal of the tumour. The laboratory exam results were in favour of Ewing’s sarcoma and the patient was oriented to oncology. Case 3. The third patient is a 6 years old boy who presented a 1 month history of low back pain followed by a rapidly deteriorating weakness of both lower limbs over a weak. On examination there was bilateral spastic paraplegia, hypoesthesia below the level of Th10 and a urinary retention. The MRI imaging revealed a lesion on the levels Th8, Th9 and Th10 vertebras involving the body, pedicle, lamina, and the transverse process on the left side with an epidural invasion compressing the spinal cord. The tumour was radically removed. Pathology report was in favour of Ewing’s sarcoma. Two weeks after surgery the patient was able to walk. He was referred for adjuvant systemic chemotherapy. Conclusion. Ewing’s sarcoma is rare malignant tumour. The location in the spine exposes the patient to more complications because of the neurostructures compression. The surgical total removal followed by radio and chemotherapy is the only option with the best prognostic and guaranties an acceptable life quality

Interlaminar Fracture Toughness Evaluation in Glass/Epoxy Composites Using Acoustic Emission and Finite Element Methods

© 2014, ASM International. Delamination is one of the most common modes of failure in laminated composites and it leads to the loss of structural strength and stiffness. In this paper, mode I, mode II, and mixed of these pure modes were investigated using mechanical data, Finite Element Method (FEM) and Acoustic Emission (AE) signals. Experimental data were obtained from insitu monitoring of glass/epoxy laminated composites with different lay-ups when subjected to different modes of failure. The main objective was to investigate the behavior of delamination propagation and to evaluate the critical value of the strain energy which is required for onset of the delamination (GC). For the identification of interlaminar fracture toughness of the specimens, four methods were used: (a) ASTM standard methods, (b) FEM analysis, (c) AE method, and (d) sentry function method which is a function of mechanical and AE behaviors of the specimens. The results showed that the GC values obtained by the sentry function method and FEM analysis were in a close agreement with the results of nonlinearity methods which is recommended in the ASTM standards. It was also found that the specimens under different loading conditions and various lay-up have different GC values. These differences are related to different stress components distribution in the specimens which induce various damage mechanisms. Accordingly, stress components distribution obtained from FEM analyses were in agreement with SEM observations of the damaged surfaces of the specimens

Mode II delamination in ± laminates: Analysis and optimisation

International audienceThe literature concerning ± laminates under mode II (propagation mode) loading encounters a difficulty in calculation of the structural dimensions. Indeed, it is rare to have a specimen geometry which fully satisfies the conditions for application of the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM). Thus, the aim of this work is the optimisation of the specimen geometry which allows the characterisation of mode II by the approach of the LEFM concept. The results obtained show an interaction between the geometrical characteristics of the specimen (thickness h), the angle of orientation of the plies () and the characterisation of delamination. The experimental results are in good agreement with the analytical predictions. The use of the acoustic emission allows us to observe that delamination is only one final stage in a process of damage which starts well before