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Numerical determination of yield surfaces of Al/SiC laminated composite plates

Numerische Bestimmung von Flie\ortskurven bei Schichtverbunden aus SiC-verstärktem Aluminium

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Forschung im Ingenieurwesen Aims and scope Submit manuscript

Abstract

In this study the elastic-plastic properties of an aluminum alloy reinforced by unidirectional SiC-fibers are computed by using nonlinear finite element simulations. In order to carry out these computations, a representative volume element assuming a regular quadratic arrangement of the fibers is used. The plastic properties of the composite are described by a quadratic flow criterion which is able to consider both direction and tension-compression anisotropy. Additionally, the flow rule takes into account plastic volume changes. The hardening of the material is defined by a mixed isotropic-kinematic hardening model. By using this modeling yield surfaces of multi-layer laminated composite plates under an in-plane loading are determined.

Zusammenfassung

Mit Hilfe von nichtlinearen FEM-Simulationen ermitteln die Autoren die elastisch-plastischen Eigenschaften einer unidirektional SiC-faserverstärkten Aluminiumlegierung. Die Berechnungen werden an einer repräsentativen Volumeneinheit mit quadratischer Faseranordnung durchgeführt. Das plastische Verhalten des Verbundwerkstoffes wird durch ein quadratisches Fließkriterium beschrieben, welches sowohl Richtungs- als auch Zug-Druck-Anisotropie berücksichtigt. Die Fließregel läßt auch plastische Volumenänderungen zu und das Verfestigungsmodell beinhaltet kombinierte isotrop-kinematische Verfestigung. Diese Modellierung dient schließlich der Bestimmung von Fließortskurven mehrlagiger Schichtverbunde unter ebener Belastung.

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Abbreviations

σ ij :

components of the stress tensor

σ x, σy, τ:

normal and shear stresses in a single ply

σ Y :

uniaxial yield stress

σ Y0 :

initial yield stress

S ij :

components of the effective stress tensor

S iij :

components of the deviatoric effective stress tensor

I S1 :

first invariant of the effective stress tensor

I S′2 :

second invariant of the deviatoric effective stress tensor

ɛ ij :

components of the strain tensor

ɛ eij :

components of the elastic strain tensor

ɛ pij :

components of the plastic strain tensor

ɛ pv :

equivalent plastic strain

ζ ij :

components of the kinematic hardening tensor

A ijkl :

components of the tensor of anisotropy

Sijkl :

components of the elastic stiffness tensor

E (E), tE(F) :

Young’s moduli of matrix and fiber

E i :

Young’s moduli of the composite

v (M), v(F) :

Poisson’s ratios of matrix and fiber

v ij :

Poisson’s ratios of the composite

G ij :

shear moduli of the composite

a i :

anisotropy parameters

x 1, x 2, x 3 :

local coordinates of a single ply

x, y, z :

global coordinates of a laminate

k :

amount of potential

F(σ ij):

flow potential

V F :

fiber volume fraction

α :

internal function

dλ:

proportionality constant

ζ :

mixed hardening parameter

References

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Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl für Technische Mechanik, Universität des Saarlandes, Im Stadtwald, D-66123, Saarbrücken

    H. Ismar, W. Ripplinger, F. Schröter & M. Schultz

Authors
  1. H. Ismar
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  2. W. Ripplinger
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    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. F. Schröter
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    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. M. Schultz
    View author publications

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Ismar, H., Ripplinger, W., Schröter, F. et al. Numerical determination of yield surfaces of Al/SiC laminated composite plates. Forsch Ing-Wes 65, 124–130 (1999). https://doi.org/10.1007/PL00010866

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/PL00010866

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