Dynamic behavior and damping capacity of auxetic foam pads

A novel set of auxetic (negative Poisson's ratio) open cell polyurethane foam has been developed and tested under dynamic loading conditions to assess the viscoelastic response under white noise random excitation and compressive cycling. Foam pads normalized to standard ISO 13753 have been tested at room temperature and frequency bandwidth 10-500 Hz to assess transmissibility characteristics for possible antivibration glove applications. The results show that the ISO 13753 normalized transmissibility for these foams falls below 0.6 above 100 Hz, with lower peak maximum stresses under indentation compared to conventional open cell solids. These results suggest possible use of the auxetic foam for pads or linens against « white fingers« vibration applications. Further tests have been conducted on cyclic compressive loading up to 3 Hz and loading ratios of 0.95 for loading histories up to 100000 cycles. The damping capacity of the auxetic foams showed and increase by a factor 10 compared to the conventional foams used to manufacture the negative Poisson's ratio ones, and stiffness degradation stabilized after few tens on cycles

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 2. Fatigue Test Results and Damage Mechanisms

Выполнены экспериментальные исследования изменения жесткости и механизмов повреж­дения при усталостных испытаниях многослойных композитних пластин с наполнителем из пеновинилопласта. Многослойные композитные пластины с перекрестными слоями из стекло­ волокна 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. С исполь­зованием двухразличных моделей и критерия циклической долговечности построены кривые усталости и выполнен их сравнительный анализ с имеющимися литературными данными. Показано, что композит SD 2 с наполнителем большей плотности обладает более высокими характеристиками статической прочности и устойчивости, а также усталостной проч­ности по сравнению с композитом SD 1 с наполнителем меньшей плотности.Проведено експериментальні дослідження зміни жорсткості та механізмів пошкодження при випробуваннях на втому багатошарових композитних пластин із наповнювачем із піновінілопласта. Багатошарові композитні пластини з перехресними шарами зі скловолокна та епоксидної смоли, виготовлені методом вакуумного відливу, піддавали навантаженню триточковим згином. Досліджували два варіанта пластин з однотипними наповнювачами з піновінілопласта різної щільності. Розглянуто вплив щільності і товщини внутрішнього шару наповнювача на поведінку та пошкодження композита. Із використанням двох різних моделей та критерію циклічної довговічності побудовано криві втомленості і проведено їх порівняльний аналіз із відомими літературними даними. Показано, що композит SD 2 з наповнювачем великої щільності має більш високі характеристики статичної міцності і стійкості та утомної міцності порівняно з композитом SD 1 із наповнювачем меншої щільності.The analysis o f stiffness degradation and the identification o f damage mechanisms during and after fatigue tests of sandwich panels with PVC foam cores have been performed. The sandwich panels with cross-ply laminates skins made of glass fiber 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 o f core density and thickness on the damage behavior was highlighted. Using the cyclic life criterion, fatigue curves were plotted according to two models and compared with those o f the literature. It has been demonstrated that the sandwich SD 2, with the higher core density, withstands a higher load and possesses greater rigidity in static tests, combined with an enhanced fatigue resistance when compared to sandwich SD 1 which has a lower core density

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

Flexural fatigue behavior of cross-ply laminates.An experimental approach

Within an experimental approach we describe the mechanical behavior of different resin-epoxy laminates reinforced with cross-ply Kevlar and glass fibers under conditions of static and cyclic three-point bending. In static tests, we consider the effect of stacking sequence, the thickness of 90°-oriented layers, reinforcement type on the mechanical behavior of laminates under loading and on realization of various damage modes leading to rupture. Cyclic loading studies have been performed in two steps. In the first stage, we inquire into the dependence of the behavior and durability of four glass fiber-reinforced laminate-types on the stacking sequence; the second stage is devoted to studying the dependence of cyclic strength and fatigue behavior of laminates on the reinforcement type. Fatigue tests are carried out in load-control regime for glass and hybrid (Kevlar + glass) fiber laminates. Fatigue curves are constructed in coordinates “stress – number of cycles until fracture” from the criteria corresponding to a drop in stiffness by 5 and 10%. Analysis of the results obtained permits evaluation of the effect of the stacking sequence and the reinforcement type on the behavior of cross-ply laminates in cyclic loading. The presence of Kevlar fibers accounts for nonlinear behavior of laminates in static tests and for low cyclic strength in fatigue tests under three-point bendin