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Mechanics of Fibrous Materials and Applications (eBook)

Physical and Modeling Aspects
eBook Download: PDF
2019
IX, 193 Seiten
Springer International Publishing (Verlag)
978-3-030-23846-9 (ISBN)

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Mechanics of Fibrous Materials and Applications -
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The book explores the state of the art in the mechanics of fibrous media, providing an overview of the theoretical, modelling and practical aspects of designing and working with these materials. It also describes the advanced methods needed to handle their specific features, including the mechanics of generalized continua, dedicated homogenization methods and computational techniques, and presents applications of fibrous media to diverse fields and over a broad spectrum of scales, ranging from aeronautics to biomechanics.


Preface 6
Contents 9
1 Mechanics of Random Fiber Networks: Structure–Properties Relation 10
Introduction and Examples of Random Fiber Networks 11
Network Types and Classification 15
Types of Fibers and Interfiber Interactions 17
Representation of Fibers 17
Representation of Crosslinks 21
Surface Interactions 22
Characterization of Network Structure 23
Small and Large Strain Mechanical Behavior 27
Stability Considerations 27
Mechanical Behavior in Tension and Compression 28
Damage and Rupture in Random Networks 48
Networks with No Pre-existing Flaws 48
Growth of Cracks in Fibrous Materials 55
Networks with Adhesive Fiber Interactions—Networks of Bundles 56
Some Basic Considerations Regarding Adhesion of Filaments 57
Structure of Networks with Interfiber Adhesion and No Crosslinks 59
Structure of Networks with Interfiber Adhesion and Crosslinks 61
Tensile Behavior of Networks with Interfiber Adhesion and Crosslinks 62
Concluding Remarks and Outlook 65
References 66
2 Prediction of the Effective Mechanical Properties of Regular and Random Fibrous Materials Based on the Mechanics of Generalized Continua 71
Introduction 72
Effective Mechanical Properties of Periodic Fibrous Materials in the Small Strains Regime 73
Small Strains Homogenization: Determination of the Initial Elastic Response 73
Couple Stress Models of Textile Preforms 80
Effective Properties of the Micropolar Constitutive Law for Textile Preforms 86
Comparison of the Homogenized Moduli with the FE Computations 91
Incorporation of a Hertz Contact Model Between Yarns 96
Large Configuration Changes of Lattices Based on Discrete Homogenization Method 99
Microscopic Incremental Problem over the RUC 99
Mesoscopic Equations over the Reference Unit Cell 104
Computed Response of Monolayers and 3D Interlocks 107
Nonlinear Response of Monolayer Fabrics 107
Large Strain Response of 2.5D Layer-to-Layer Interlock 112
Comparison of the Responses from DH with FE Simulations 113
Identification of Hyperelastic Models for Textile Monolayers 117
Generalized Continuum Models of Random Fibrous Networks 120
Generation of Random Fibrous Networks RVEs 122
Computation of the Homogenized Properties Based on Couple Stress Continua 123
Summary and Future Work 128
References 129
3 Heuristic Homogenization of Euler and Pantographic Beams 131
Introduction 131
Euler Beams 132
Introduction 132
Continuous Euler Beams 133
Discrete Henky-Type Beam 138
Pantographic Beams 142
Introduction 142
Discrete Micro-model 142
Toward the Continuum Model 145
Continuum-Limit Macro-model 149
Numerical Simulations of the Continuous Model 154
References 160
4 Simulation of Continuous Fibre Composite Forming 164
Introduction 164
Mechanical Behaviour of the Textile Composite Reinforcements: Stiffnesses of an Elementary Woven Cell 165
Stress Resultant Shell Finite Element for Textile Composite Reinforcements 167
Experimental Analyses of the Tensile, In-plane Shear and Bending Stiffnesses of Textile Composite Reinforcements 169
Biaxial Tension 169
In-plane Shear 172
Bending 174
Influence of the Different Stiffnesses on Wrinkles 179
Draping on a Hemispherical Shape 179
Forming an Unbalanced Textile Reinforcement 182
Thermostamping of Prepreg Composites with Thermoplastic Matrix 184
The Thermostamping Process 184
Viscohyperelastic Model for Prepreg Forming 184
Identification of Parameters 186
Examples of Numerical Simulations of Thermoforming 191
Conclusions and Perspectives 195
References 196

Erscheint lt. Verlag 31.7.2019
Reihe/Serie CISM International Centre for Mechanical Sciences
CISM International Centre for Mechanical Sciences
Zusatzinfo IX, 193 p. 123 illus., 97 illus. in color.
Sprache englisch
Themenwelt Naturwissenschaften Biologie
Naturwissenschaften Chemie
Naturwissenschaften Physik / Astronomie
Technik Maschinenbau
Schlagworte fibre composite reinforcement forming • fibrous biomaterials • Fibrous materials • mechanics of fibrous materials • random fibrous media • soft connective tissue • textile engineering
ISBN-10 3-030-23846-6 / 3030238466
ISBN-13 978-3-030-23846-9 / 9783030238469
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