Assessment of virtual design and manufacturing techniques for fibre reinforced composite materials

Virtual tools are commonly used nowadays to optimize product design and manufacturing process of fibre reinforced composite materials. The present work focuses on two areas of interest to forecast the part performance and the production process particularities. The first part proposes a multi-physical optimization tool to support the concept stage of a composite part. The strategy is based on the strategic handling of information and, through a single control parameter, is able to evaluate the effects of design variations throughout all these steps in parallel. The second part targets the resin infusion process and the impact of thermal effects. The numerical and experimental approach allowed the identificationof improvement opportunities regarding the implementation of algorithms in commercially available simulation software.

Serviceability behaviour of fibre reinforced polymer reinforced concrete beams

El uso de materiales compuestos de matriz polimérica (FRP) emerge como alternativa al hormigón convencionalmente armado con acero debido a la mayor resistencia a la corrosión de dichos materiales. El presente estudio investiga el comportamiento en servicio de vigas de hormigón armadas con barras de FRP mediante un análisis teórico y experimental. Se presentan los resultados experimentales de veintiséis vigas de hormigón armadas con barras de material compuesto de fibra de vidrio (GFRP) y una armada con acero, todas ellas ensayadas a flexión de cuatro puntos. Los resultados experimentales son analizados y comparados con algunos de los modelos de predicción más significativos de flechas y fisuración, observándose, en general, una predicción adecuada del comportamiento experimental hasta cargas de servicio. El análisis de sección fisurada (CSA) estima la carga última con precisión, aunque se registra un incremento de la flecha experimental para cargas superiores a las de servicio. Esta diferencia se atribuye a la influencia de las deformaciones por esfuerzo cortante y se calcula experimentalmente. Se presentan los aspectos principales que influyen en los estados límites de servicio: tensiones de los materiales, ancho máximo de fisura y flecha máxima permitida. Se presenta una metodología para el diseño de dichos elementos bajo las condiciones de servicio. El procedimiento presentado permite optimizar las dimensiones de la sección respecto a metodologías más generales.

Variable mixed-mode delamination in composite laminates under fatigue conditions: testing & analysis

La majoria de les fallades en elements estructurals són degudes a càrrega per fatiga. En conseqüència, la fatiga mecànica és un factor clau per al disseny d'elements mecànics. En el cas de materials compòsits laminats, el procés de fallada per fatiga inclou diferents mecanismes de dany que resulten en la degradació del material. Un dels mecanismes de dany més importants és la delaminació entre capes del laminat. En el cas de components aeronàutics, les plaques de composit estan exposades a impactes i les delaminacions apareixen facilment en un laminat després d'un impacte. Molts components fets de compòsit tenen formes corbes, superposició de capes i capes amb diferents orientacions que fan que la delaminació es propagui en un mode mixt que depen de la grandària de la delaminació. És a dir, les delaminacions generalment es propaguen en mode mixt variable. És per això que és important desenvolupar nous mètodes per caracteritzar el creixement subcrític en mode mixt per fatiga de les delaminacions. El principal objectiu d'aquest treball és la caracterització del creixement en mode mixt variable de les delaminacions en compòsits laminats per efecte de càrregues a fatiga. Amb aquest fi, es proposa un nou model per al creixement per fatiga de la delaminació en mode mixt. Contràriament als models ja existents, el model que es proposa es formula d'acord a la variació no-monotònica dels paràmetres de propagació amb el mode mixt observada en diferents resultats experimentals. A més, es du a terme un anàlisi de l'assaig mixed-mode end load split (MMELS), la característica més important del qual és la variació del mode mixt a mesura que la delaminació creix. Per a aquest anàlisi, es tenen em compte dos mètodes teòrics presents en la literatura. No obstant, les expressions resultants per l'assaig MMELS no són equivalents i les diferències entre els dos mètodes poden ser importants, fins a 50 vegades. Per aquest motiu, en aquest treball es porta a terme un anàlisi alternatiu més acurat del MMELS per tal d'establir una comparació. Aquest anàlisi alternatiu es basa en el mètode dels elements finits i virtual crack closure technique (VCCT). D'aquest anàlisi en resulten importants aspectes a considerar per a la bona caracterització de materials utilitzant l'assaig MMELS. Durant l'estudi s'ha dissenyat i construït un utillatge per l'assaig MMELS. Per a la caracterització experimental de la propagació per fatiga de delaminacions en mode mixt variable s'utilitzen diferents provetes de laminats carboni/epoxy essencialment unidireccionals. També es du a terme un anàlisi fractogràfic d'algunes de les superfícies de fractura per delaminació. Els resultats experimentals són comparats amb les prediccions del model proposat per la propagació per fatiga d'esquerdes interlaminars.

Visual efficiency detection index : a new composite measure of visual search

Visual search is an important component of our interaction with our surroundings, allowing us to successfully identify external cues that impact our spatial navigation. Previous research has established fixation duration, fixation count, saccade velocity, and saccade amplitude as important indices of visual search. We examined the Visual Efficiency Detection Index (VEDI) comprising multiple aspects of visual search performance into a single measure of global visual performance. Forty participants, 10 adults ages 22-48, and children ages 6, 8, and 10, completed tests of working memory and visual search in response to stimuli relevant to pedestrian decision making. Results indicated VEDI statistically relates to established indices of visual search in relation to their interpretability for human performance. The VEDI was also sensitive to developmental differences in visual search performance, suggesting insight to its utility in the developmental psychological literature.

Differentiation and coordination within a composite training policy providing efficient support namely to isolated museum professionals

In Portugal, namely in municipal museums, the reduced percentage of museum professionals that have a stable administrative position imposes a high degree of polyvalence allowing them to coordinate, often by themselves, the quotidian activities at the museum(s) they run.

Deforming glassy polystyrene: Influence of pressure, thermal history, and deformation mode on yielding and hardening

The toughness of a polymer glass is determined by the interplay of yielding, strain softening, and strain hardening. Molecular-dynamics simulations of a typical polymer glass, atactic polystyrene, under the influence of active deformation have been carried out to enlighten these processes. It is observed that the dominant interaction for the yield peak is of interchain nature and for the strain hardening of intrachain nature. A connection is made with the microscopic cage-to-cage motion. It is found that the deformation does not lead to complete erasure of the thermal history but that differences persist at large length scales. Also we find that the strain-hardening modulus increases with increasing external pressure. This new observation cannot be explained by current theories such as the one based on the entanglement picture and the inclusion of this effect will lead to an improvement in constitutive modeling.

Microscopic Mechanisms of Strain Hardening in Glassy Polymers

The mechanisms underlying the increase in stress for large mechanical strains of a polymer glass, quantified by the strain-hardening modulus, are still poorly understood. In the present paper we aim to elucidate this matter and present new mechanisms. Molecular-dynamics simulations of two polymers with very different strain-hardening moduli (polycarbonate and polystyrene) have been carried out. Nonaffine displacements occur because of steric hindrances and connectivity constraints. We argue that it is not necessary to introduce the concept of entanglements to understand strain hardening, but that hardening is rather coupled with the increase in the rate of nonaffine particle displacements. This rate increases faster for polycarbonate, which has the higher strain-hardening modulus. Also more nonaffine chain stretching is present for polycarbonate. It is shown that the inner distances of such a nonaffinely deformed chain can be well described by the inner distances of the worm-like chain, but with an effective stiffness length (equal to the Kuhn length for an infinite worm-like chain) that increases during deformation. It originates from the finite extensibility of the chain. In this way the increase in nonaffine particle displacement can be understood as resulting from an increase in the effective stiffness length of the perturbed chain during deformation, so that at larger strains a higher rate of plastic events in terms of nonaffine displacement is necessary, causing in turn the observed strain hardening in polymer glasses.