Investigation of damage evolution due to cyclic mechanical loads and load/frequency spectra-effects in short-fibre-reinforced thermoplastics

Abstract

A performance mecânica dos materiais termoplásticos reforçados com fibras curtas sob carregamento cíclico é dependente do comportamento progressivo do dano por fadiga. Nessa pesquisa foi realizada uma investigação para avaliar os efeitos do espectro de carregamento/frequência no dano acumulado macroscopicamente. Durante a investigação uma nova formulação foi apresentada para avaliar a degradação da propriedade mecânica por meio da rigidez dinâmica, a qual foi aplicada em um modelo fenomenológico para prever a evolução do dano e a vida em fadiga. Para a validação desses modelos foi realizada uma avaliação experimental utilizando dois conjuntos de dados, em que para um conjunto foi aplicado um carregamento com amplitude constante para a evolução do dano e para o outro conjunto um carregamento não constante para o dano acumulado. Para os dois conjuntos foram aplicadas três frequências diferentes. Os resultados obtidos indicaram que há efeito do espectro de carregamento/frequência no dano acumulado por fadiga. Além disso, os resultados dos modelos fenomenológicos se apresentaram promissores, uma vez que descrevem com acuracidade a evolução do dano e possibilitam prever o número de ciclos de fadiga remanescentes em comparação com os modelos clássicos.

Abstract: The mechanical performance of short fibre-reinforced thermoplastic under cyclic loading depends on progressive fatigue damage behaviour. In this research, an investigation was carried out to assess the load/frequency spectra-effects in the macroscopic damage accumulation. A new approach is presented to evaluate mechanical property degradation and it is applied to phenomenological models of damage evolution and fatigue life prediction. The model is evaluated with two experimental data sets, constant and non-constant amplitude loading with three different frequencies. The results indicate that there are load/frequency spectra-effects to evaluate the damage accumulation. Furthermore, the results showed the phenomenological approaches are promising for the damage evolution and for the prediction of the remaining fatigue cycles in comparison with the studied models.