Stacking layer sequence effects for glass fibre/epoxy resin cross-ply laminates

This work describes the effect of the stacking sequence over the distribution of the deformation and stress fields through the thickness of the laminate. The laminates are made of epoxy resin and glass fibres, having the ratio of 0 to 90° plies equal to 1. This stacking sequence is applied to obtain composite laminates with different thicknesses. The study presented in this paper is focused on the linear static behaviour of the cross/ply laminates by means of finite-element models developed using the commercial codes ANSYS 6.1 and LUSAS 15.3. The numerical models represent three-point bending loading cases. A viscoelastic analysis of the laminates based on the correspondence principle is also performed. The results from the finite element models show good agreement with those obtained using the Classical Laminate theory, while the viscoelastic storage modulus and loss factors distribution indicate the best stacking sequences for structural dynamics applications, such as spring leaves for novel car suspension systems.Оцінюється вплив послідовності укладання шарів ламіната на розподіл полів деформацій і напружень по його товщині. Ламінатні зразки складаються із шарів епоксидної смоли і скловолокна, при цьому співвідношення шарів з орієнтацією волокон від 0 до 90° дорівнює одиниці. Таке співвідношення шарів використовувалося при виготовленні ламінатів різної товщини. Описано напружено-деформований стан багатошарових ламінатів при лінійному статичному навантаженні за допомогою скінченноелементних моделей стандартних програмних пакетів ANSYS 6.1 та LUSAS 15.3. Числове моделювання виконано для триточкового згину ламіната. Проведено розрахунок матеріалу у в ’язко-пружному стані, що базується на принципі подібності. Результати розрахунків методом скінченних елементів добре узгоджуються з отриманими у рамках класичної теорії ламінатів. Для конкретних значень модулей в ’язко-пружності і розподілу різних параметрів визначено послідовність укладання шарів стосовно динамічних задач для таких конструкцій, як ламінатні ресори для нових автомобільних підвісних систем.Оценивается влияние последовательности укладки слоев ламината на распределение полей деформаций и напряжений по его толщине. Ламинатные образцы состоят из слоев эпоксидной смолы и стекловолокон, причем соотношение слоев с ориентацией волокон от 0 до 90° равно единице. Такое соотношение слоев использовалось при изготовлении ламинатов различной толщины. Описано напряженно-деформированное состояние многослойных ламинатов при линейном статическом нагружении с помощью конечноэлементных моделей стандартных программных пакетов ANSYS 6.1 и LUSAS 15.3. Численное моделирование выполнено для случая трехточечного изгиба ламината. Выполнен расчет материала в вязкоупругом состоянии, основанный на принципе подобия. Результаты расчета методом конечных элементов хорошо согласуются с полученными в рамках классической теории ламинатов. Для конкретных значений модулей вязкоупругости и распределения различных параметров определена оптимальная последовательность укладки слоев применительно к динамическим задачам для таких конструкций, как ламинатные рессоры для новых автомобильных подвесных систем

Experimental analysis of behavior and damage of sandwich composite materials in three-point bending. Part 1. Static tests and stiffness degradation at failure studies

The analysis of stiffness and the identification of rupture mechanisms during and after static tests of sandwich panels and their components have been investigated. The sandwich panels, having cross-ply laminates skins made of glass fibre and epoxy resin were manufactured by vacuum moulding and subjected to three-point bending tests. Two PVC cores of similar type but with differing densities were investigated. The effect of core density and its thickness on the behavior and the damage was highlighted. In terms of stiffness and load at failure, the sandwich structure has better mechanical characteristics compared to its components.Експериментально досліджено зміну жорсткості та проаналізовано механізми руйнування при статичних випробуваннях багатошарових композитних пластин і їх компонентів. Багатошарові композитні пластини з перехресними шарами зі скловолокна та епоксидної смоли, що виготовлені методом вакуумної відливки, піддавали навантаженню триточковим згином. Досліджували два варіанти пластин з однотипними наповнювачами з полі- вінілопласта різної щільності. Розглянуто вплив щільності і товщини внутрішнього шару наповнювача на поведінку та пошкодження композита. Показано, що композит із наповнювачем великої щільності має більш високі характеристики статичної міцності і стійкості порівняно з композитом із наповнювачем меншої щільності.Экспериментально исследовано изменение жесткости и проанализированы механизмы разрушения при статических испытаниях многослойных композитных пластин и их компонентов. Многослойные композитные пластины с перекрестными слоями из стекловолокна и эпоксидной смолы, изготовленные методом вакуумной отливки, подвергали нагружению трехточечным изгибом. Исследовали два варианта пластин с однотипными наполнителями из пеновинилопласта различной плотности. Рассмотрено влияние плотности и толщины внутреннего слоя наполнителя на поведение и повреждение композита. Показано, что композит с наполнителем большей плотности обладает более высокими характеристиками статической прочности и устойчивости по сравнению с композитом, имеющим наполнитель меньшей плотности

Auxetic foam for snowsport safety devices

Skiing and snowboarding are popular snow-sports with inherent risk of injury. There is potential to reduce the prevalence of injuries by improving and implementing snow-sport safety devices with the application of advanced materials. This paper investigates the application of auxetic foam to snow-sport safety devices. Composite pads - consisting of foam covered with a semi-rigid shell - were investigated as a simple model of body armour and a large 70 x 355 x 355 mm auxetic foam sample was fabricated as an example crash barrier. The thermo-mechanical conversion process was applied to convert open-cell polyurethane foam to auxetic foam. The composite pad with auxetic foam absorbed around three times more energy than the conventional equivalent under quasi-static compression with a concentrated load, indicating potential for body armour applications. An adapted thermo-mechanical process - utilising through-thickness rods to control in-plane compression - was applied to fabricate the large sample with relatively consistent properties throughout, indicating further potential for fabrication of a full size auxetic crash barrier. Further work will create full size prototypes of snow-sport safety devices with comparative testing against current products