Published June 29, 2018 | Version v1
Publication Open

Homogenized out-of-plane shear response of three-scale fiber-reinforced composites

Creators

  • 1. Polytechnic University of Turin
  • 2. University of Glasgow
  • 3. University of Havana
  • 4. Universidad Politécnica de Madrid

Description

In the present work we embrace a three scales asymptotic homogenization approach to investigate the effective behavior of hierarchical linear elastic composites reinforced by cylindrical, uniaxially aligned fibers and possessing a periodic structure at each hierarchical level of organization. We present our novel results assuming isotropy of the constituents and focusing on the effective out-of-plane shear modulus, which is computed exploiting the solution of the arising anti-plane problems. The latter are solved semi-analytically by means of complex variables and successfully benchmarked against the results obtained by finite elements. Our findings can pave the way for multiscale modeling of complex hierarchical materials (such as bone and tendons) at a negligible computational cost.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في العمل الحالي، نتبنى نهج التجانس المقارب ثلاثي المقاييس للتحقيق في السلوك الفعال للمركبات المرنة الخطية الهرمية المعززة بألياف أسطوانية أحادية المحور وتمتلك بنية دورية في كل مستوى هرمي من التنظيم. نقدم نتائجنا الجديدة بافتراض تماثل الخواص للمكونات والتركيز على معامل القص الفعال خارج المستوى، والذي يتم حسابه باستخدام حل المشكلات الناشئة المضادة للمستوى. يتم حل هذه الأخيرة بشكل شبه تحليلي عن طريق متغيرات معقدة ويتم قياسها بنجاح مقابل النتائج التي تم الحصول عليها بواسطة عناصر محدودة. يمكن أن تمهد النتائج التي توصلنا إليها الطريق لنمذجة متعددة المقاييس للمواد الهرمية المعقدة (مثل العظام والأوتار) بتكلفة حسابية ضئيلة.

Translated Description (French)

Dans le présent travail, nous adoptons une approche d'homogénéisation asymptotique à trois échelles pour étudier le comportement effectif de composites élastiques linéaires hiérarchiques renforcés par des fibres cylindriques alignées uniaxialement et possédant une structure périodique à chaque niveau hiérarchique d'organisation. Nous présentons nos nouveaux résultats en supposant l'isotropie des constituants et en nous concentrant sur le module de cisaillement hors plan effectif, qui est calculé en exploitant la solution des problèmes anti-plan naissants. Ces derniers sont résolus semi-analytiquement au moyen de variables complexes et comparés avec succès aux résultats obtenus par les éléments finis. Nos résultats peuvent ouvrir la voie à la modélisation multi-échelle de matériaux hiérarchiques complexes (tels que les os et les tendons) à un coût de calcul négligeable.

Translated Description (Spanish)

En el presente trabajo adoptamos un enfoque de homogeneización asintótica a tres escalas para investigar el comportamiento efectivo de compuestos elásticos lineales jerárquicos reforzados por fibras cilíndricas alineadas uniaxialmente y que poseen una estructura periódica en cada nivel jerárquico de organización. Presentamos nuestros nuevos resultados asumiendo la isotropía de los constituyentes y centrándonos en el módulo de cizallamiento efectivo fuera del plano, que se calcula aprovechando la solución de los problemas antiplano que surgen. Estos últimos se resuelven semi-analíticamente por medio de variables complejas y se comparan con éxito con los resultados obtenidos por elementos finitos. Nuestros hallazgos pueden allanar el camino para el modelado multiescala de materiales jerárquicos complejos (como huesos y tendones) a un coste computacional insignificante.

Files

s00791-018-0301-6.pdf.pdf

Files (603.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5c5ae560cd825b590e5030eb7c15e80e
603.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استجابة متجانسة للقص خارج الطائرة من المواد المركبة المقواة بالألياف ثلاثية النطاقات
Translated title (French)
Réponse au cisaillement hors plan homogénéisée des composites renforcés de fibres à trois échelles
Translated title (Spanish)
Respuesta a la cizalladura fuera del plano homogeneizada de materiales compuestos reforzados con fibra de tres escalas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2811009613
DOI
10.1007/s00791-018-0301-6

Is supplement to
https://openalex.org/W4226182039 (Other)
https://openalex.org/W2365993729 (Other)
https://openalex.org/W2365188296 (Other)
https://openalex.org/W2325571063 (Other)
https://openalex.org/W2151489625 (Other)
https://openalex.org/W2091201897 (Other)
https://openalex.org/W1988305515 (Other)
https://openalex.org/W1975347820 (Other)
https://openalex.org/W1629114577 (Other)
https://openalex.org/W1538162954 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Cuba

References

  • https://openalex.org/W1258171083
  • https://openalex.org/W1543511296
  • https://openalex.org/W1996253981
  • https://openalex.org/W2021669684
  • https://openalex.org/W2034180903
  • https://openalex.org/W2034453626
  • https://openalex.org/W2035257633
  • https://openalex.org/W2041601554
  • https://openalex.org/W2045018581
  • https://openalex.org/W2056230919
  • https://openalex.org/W2066646366
  • https://openalex.org/W2072113362
  • https://openalex.org/W2074143934
  • https://openalex.org/W2081001333
  • https://openalex.org/W2083501502
  • https://openalex.org/W2096155049
  • https://openalex.org/W2109218210
  • https://openalex.org/W2113607650
  • https://openalex.org/W2121603365
  • https://openalex.org/W2134547366
  • https://openalex.org/W2139531346
  • https://openalex.org/W2275901497
  • https://openalex.org/W2399384399
  • https://openalex.org/W2482103896
  • https://openalex.org/W2511692193
  • https://openalex.org/W2575504371
  • https://openalex.org/W2586225954
  • https://openalex.org/W2762407868
  • https://openalex.org/W4298313869