Microstructure sensitive design for performance optimization

Fullwood, David T.; Niezgoda, Stephen R.; Adams, Brent L.; Kalidindi, Surya R.

doi:10.1016/j.pmatsci.2009.08.002

Cited by 355 publications

(209 citation statements)

References 195 publications

Supporting

Mentioning

207

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The first and most common step is to use image processing to generate a digital representation of the 3-D microstructure, although in isolation this approach does not provide any information on the statistics of the microstructural features. A statistical two-point correlation method can be used, however, to provide such information from the 3-D volume; discussions of the method and its relevant advantages can be found in references [37,38]. This method can be used to quantify the effect of microstructure on manufacturing-induced defects by capturing the geometrical relationships between a given phase (such as glass) and induced voids, for example.…”

Section: Two-point Statistical Analysismentioning

confidence: 99%

“…for any vector r. Since this equation involves a convolution between the functions m(x,h) and m(x,h'), these correlations can be computed very efficiently using fast Fourier transforms [37,38].…”

Section: Two-point Statistical Analysismentioning

confidence: 99%

“…5. This contour map can be regarded as the average shape of the overall assembly of voids based on the probability that a given vector in the x-y-z space falls inside the void phase [37,38]. Fig.5a indicates that the void clusters extend primarily along the 0°, +45° and 90° directions, with significantly fewer voids orientated in the -45° direction.…”

Section: Analysis Of Void Distribution and Morphologymentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

High-resolution computed tomography in resin infused woven carbon fibre composites with voids

Sisodia

Garcea

George

et al. 2016

Composites Science and Technology

View full text Add to dashboard Cite

Significance of paperRecent efforts in the composites industry towards less-expensive means to produce high-performance parts have often involved optimisation of liquid composite moulding processes such as resin transfer moulding (RTM). The most significant gap in part quality between RTM manufactured parts and traditional autoclave processes is the usually higher void content in the former, arising from the entrapment of bubbles during infusion, and the lower consolidation pressures used during such processes. Many laboratories around the world are working on understanding bubble entrapment and subsequent bubble mobility, so as to optimise RTM processes to reduce the concentration and size of voids. This paper contributes to that understanding with threedimensional examination using CT imaging of the morphology, size, clustering and location of the individual voids in composite parts made with RTM. Most important / novel contributionsThis paper presents visualisation of the voids in a composite part with significantly more statistical information regarding size distribution, orientation and location than has been previously shown in the literature. It also addresses a reinforcement architecture more typical to RTM, an un-balanced weave, than the unidirectional fabrics usually studied in previous work on void formation. Analysing a complex reinforcement along with the enhanced visualisation abilities of the CT-imaging technique allowed novel observations and conclusions regarding voids: 1) As the orientation angle between a reinforcement layer and the resin flow direction increases from parallel to perpendicular, larger voids and a greater number of voids were observed in that layer. This was linked to the resulting greater propensity for fatigue crack propagation between voids in layers transverse to the loading direction. A simple optimisation strategy is thus to infuse in a direction transverse to the expected primary load direction, thus creating the fewest voids in the transverse-to-load direction. 2) Voids accumulate around both the layer interfaces and yarns and are nearly completely absent from the layer thickness between those interfaces and away from yarns. 3) Void distribution follows the orientation of fibres in adjacent layers, suggesting that out-of-plane flow is a significant mechanism in void formation and mobility. 4) Observations 1-3 above all imply that current void formation and mobility models must be expanded from a microscale approach to the laminate scale, in order to focus on out-of-plane bubble movement and yarn bubble entrapment. M A N U S C R I P T A C C E P T E D ACCEPTED MANUSCRIPT AbstractTomographic imaging using both microfocus radiation and synchrotron radiation was performed to assess the void defects in resin transfer moulded woven carbon fibre composites. The focus of this study is on characterising the void homology (e.g. local void size and spatial distribution) in relation to weave orientation, infusion direction and potential effects on damage formation in tensile loadin...

show abstract

Section: Two-point Statistical Analysismentioning

confidence: 99%

Section: Two-point Statistical Analysismentioning

confidence: 99%

Section: Analysis Of Void Distribution and Morphologymentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

High-resolution computed tomography in resin infused woven carbon fibre composites with voids

Sisodia

Garcea

George

et al. 2016

Composites Science and Technology

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Во втором случае статистические моменты могут быть получены из решения стохас-тических краевых задач с кусочно-постоянными коэффициентами [2,3,28,31]. Данный подход основан на формализации информации о микроструктуре при помощи моментных функций и решении интегрально-дифференциального уравнения, содержащего функцию Грина, для получения значений отклонения полей перемещений, деформаций и напряже-ний от их осредненных величин.…”

Section: вычисление моментов распределения напряжений и деформаций в unclassified

“…Более подробно разбор и описание методов статистического анализа микроструктуры неоднородных материалов изложен также в работах [25][26][27][28][29].…”

Section: Introductionunclassified

Stochastical Model of Microstructural Failure Based on Restoration of Distributions Laws for Random Stress and Strain Fields in Microheterogeneous Media

2017

PNRPU MB

View full text Add to dashboard Cite

Ташкинов М.А. Стохастическая модель микроструктурного разрушения на основе восстановления законов распределений случайных полей в микронеоднородных средах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2017Механика. - . -№ 4. -С. 76-91. DOI: 10.15593/perm.mech/2017 Tashkinov M.A. Stochastical model of microstructural failure based on restoration of distributions laws for stress and strain fields in heterogeneous media. PNRPU Mechanics Bulletin, 2017, no.4, pp. 76-91. DOI: 10.15593/perm.mech/2017 Распространенным направлением в микромеханике структурно-неоднородных сред со случайной структурой являются методы стохастической механики. Неоднород-ность микроструктуры гетерогенного материала оказывает значительное влияние на распределение полей напряжений и деформаций при нагружении. Методы и инстру-менты статистического анализа позволяют учитывать взаимодействия внутри системы многих частиц, которой является случайная структура, и исследовать распределения полей с аналитической точки зрения, что используется при создании стохастических моделей, описывающих механическое поведение материала.В данной работе представлен подход к анализу распределений полей напряжений и деформаций в представительных объемах неоднородных сред на основе восстанов-ления их законов распределения. Описаны способы нахождения параметров законов распределения. В рамках стохастической модели для этого используются центральные моменты случайной величины, полученные для полей напряжений и деформаций в отдельных фазах материала. Предложен алгоритм расчета вероятности разрушения с использованием законов распределения полей напряжений и деформаций на основе вероятностного представления критериев разрушения. На основе анализа вероятности разрушения компонентов представительного объема предложена стохастическая мо-дель прогрессирующего разрушения.Приведены некоторые численные результаты для частного случая неодно-родной структуры, проведено сравнение полученных с помощью стохастической модели оценок с результатами конечно-элементного моделирования. Проведено сравнение различных типов параметрических законов распределения, используе-мых для отражения реального распределения полей напряжений в представитель-ном объеме, на основе полученных данных конечно-элементного анализа и расче-та моментов в рамках стохастической модели. Для исследуемого частного случая реализована методика расчета вероятностей разрушения при статическом нагру-жении представительного объема. © ПНИПУ Ключевые слова:стохастическая краевая задача; случайная структура; критерии разрушения; поля напряжений и деформаций; статистическое осреднение; конечно-элементная модель; вероятность разрушения.  Ташкинов Михаил

show abstract