کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
800357 1467181 2015 31 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
A new constitutive theory for fiber-reinforced incompressible nonlinearly elastic solids
ترجمه فارسی عنوان
نظریه جدید ساختاری برای فیبر تقویت شده غیر تراکم مواد غیر الاستیک کششی
کلمات کلیدی
جامدات غیرخطی الاستیک بدون تراکم فیبر تقویت شده، مواد مضر مدل های سازمانی، محدود کردن گسترش الیاف
ترجمه چکیده
ما یک ماده غیر الاستیک غیر رسمی کششی را در نظر می گیریم که در آن ماتریس با الیاف قوی تقویت می شود، به عنوان مثال فیبرهای نایلون یا کربن در یک خانواده از منحنی ها در یک ماتریس لاستیکی. به جای تطبیق محدودیت غیرقابل تقویت فیبر همانطور که قبلا در ادبیات مطرح شده است، در اینجا ما یک تئوری از مواد تقویت شده فیبر را بر اساس ایده محدود کننده ای برای محدود کردن گسترش الیاف ایجاد می کنیم. انگیزه برای چنین رویکردی توسط تحقیقات اخیر در مورد محدود کردن مدل های توسعه زنجیره ای برای لاستیک ارائه شده است. بنابراین ایده اصلی مقاله حاضر ساده است: ما مفهوم توسعه محدود کننده زنجیره محدود را برای محدود کردن الیاف گسترش می دهیم به طوری که محدودیت غیرمتمرکز معمول که به طور سنتی استفاده می شود با یک محدودیت یک جانبه جایگزین می شود. ما از چگالی انرژی کششی متشکل از دو اصطلاح استفاده می کنیم، اولین بار با ماتریس ایزوتروپیک یا مواد پایه همراه است و دوم، منعکس کننده شخصیت متقاطع ایزوتروپیک مواد به دلیل تقویت یکسانی که توسط الیاف ایجاد می شود. ما یک مدل پایه نئو هوکین را به همراه یک اصطلاح خاص در نظر می گیریم که گسترش را در جهت فیبر محدود می کند. بدین ترتیب مدل ما یک پارامتر اضافی را ارائه می دهد، یعنی آنکه با گسترش پذیری محدود در جهت فیبر، بیش از مدل های مورد بررسی قرار گرفته است. هدف این مقاله، بررسی امکان سنجی ریاضی و مکانیکی این مدل جدید و بررسی نقش مورد استفاده در پارامتر توسعه پذیری است. ما پاسخ مدل پیشنهادی را در برخی تغییرات همگن اساسی بررسی می کنیم و این پاسخ را نسبت به مدل های استاندارد برای مواد لاستیکی تقویت شده مقایسه می کنیم. نقش سویه-سخت شدن الیاف در مدل های جدید بررسی شده است. ثبات افزایش یافته مدل های جدید با بررسی ناپایداری های حفره ای نشان داده شده است. یکی از انگیزه های کار این است که مدل را به بیومکانیک بافت های نرم افزاری بکار بندد و به طور خلاصه بحث می شود که شایستگی های بالقوه مدل های پیشنهادی برای این منظور.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
چکیده انگلیسی

We consider an incompressible nonlinearly elastic material in which a matrix is reinforced by strong fibers, for example fibers of nylon or carbon aligned in one family of curves in a rubber matrix. Rather than adopting the constraint of fiber inextensibility as has been previously assumed in the literature, here we develop a theory of fiber-reinforced materials based on the less restrictive idea of limiting fiber extensibility. The motivation for such an approach is provided by recent research on limiting chain extensibility models for rubber. Thus the basic idea of the present paper is simple: we adapt the limiting chain extensibility concept to limiting fiber extensibility so that the usual inextensibility constraint traditionally used is replaced by a unilateral constraint. We use a strain-energy density composed with two terms, the first being associated with the isotropic matrix or base material and the second reflecting the transversely isotropic character of the material due to the uniaxial reinforcement introduced by the fibers. We consider a base neo-Hookean model plus a special term that takes into account the limiting extensibility in the fiber direction. Thus our model introduces an additional parameter, namely that associated with limiting extensibility in the fiber direction, over previously investigated models. The aim of this paper is to investigate the mathematical and mechanical feasibility of this new model and to examine the role played by the extensibility parameter. We examine the response of the proposed models in some basic homogeneous deformations and compare this response to those of standard models for fiber reinforced rubber materials. The role of the strain-stiffening of the fibers in the new models is examined. The enhanced stability of the new models is then illustrated by investigation of cavitation instabilities. One of the motivations for the work is to apply the model to the biomechanics of soft tissues and the potential merits of the proposed models for this purpose are briefly discussed.

ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of the Mechanics and Physics of Solids - Volume 53, Issue 9, September 2005, Pages 1985–2015
نویسندگان
, ,