Generation of the representative volume elements of composite materials with misaligned inclusions

2018 ◽  
Vol 201 ◽  
pp. 636-646 ◽  
Author(s):  
Witold Ogierman ◽  
Grzegorz Kokot
Keyword(s):  
Composite Materials ◽  
Representative Volume ◽  
Representative Volume Elements

scholarly journals Modeling the Effective Conductive Properties of Polymer Nanocomposites with a Random Arrangement of Graphene Oxide Particles

2021 ◽  
pp. 167-180
Author(s):  
M. A Tashkinov ◽  
A. D Dobrydneva ◽  
V. P Matveenko ◽  
V. V Silberschmidt
Keyword(s):  
Finite Element ◽  
Graphene Oxide ◽  
Composite Materials ◽  
Polymer Matrix ◽  
Matrix Cracking ◽  
Tunneling Effect ◽  
Representative Volume ◽  
Representative Volume Elements ◽  
Oxide Particles ◽  
Conductive Properties

Сomposite materials are widely used in various industrial sectors, for example, in the aviation, marine and automotive industries, civil engineering and others. Methods based on measuring the electrical conductivity of a composite material have been actively developed to detect internal damage in polymer composite materials, such as matrix cracking, delamination, and other types of defects, which make it possible to monitor a composite’s state during its entire service life. Polymers are often used as matrices in composite materials. However, almost always pure polymers are dielectrics. The addition of nanofillers, such as graphene and its derivatives, has been successfully used to create conductive composites based on insulating polymers. The final properties of nanomodified composites can be influenced by many factors, including the type and intrinsic properties of nanoscale objects, their dispersion in the polymer matrix, and interphase interactions. The work deals with modeling of effective electric conductive properties of the representative volume elements of nanoscale composites based on a polymer matrix with graphene oxide particles distributed in it. In particular, methods for evaluating effective, electrically conductive properties have been studied, finite element modelling of representative volumes of polymer matrices with graphene oxide particles have been performed, and the influence of the tunneling effect and the orientation of inclusions on the conductive properties of materials have been investigated. The possibility of using models of resistive strain gauges operating on the principle of the tunneling effect is studied. Based on the finite-element modeling and graph theory tools, we created approaches for estimating changes in the conductive properties of the representative volume elements of a nanomodified matrix subjected to mechanical loading.

scholarly journals Computational study of transport phenomena in flake filled composite materials

2020 ◽  
Author(s):  
Ανδρέας Τσιαντής
Keyword(s):  
Composite Materials ◽  
Computational Study ◽  
Transport Phenomena ◽  
Representative Volume ◽  
Improvement Factor ◽  
Representative Volume Elements ◽  
Filled Composite

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο μεταβάλλεται o συντελεστής διαπερατότητας ενός σύνθετου υλικού, ενισχυμένου με φυλλίδια, με έμφαση στις πολυμερικές μεμβράνες. Οι ιδιότητες των υλικών αυτών μεταβάλλονται από την παρουσία και τις ιδιότητες των φυλλιδίων, όπως η αναλογία διαστάσεων (α), το κλάσμα όγκου (φ), ο προσανατολισμός (θ) και η διακύμανση του προσανατολισμού (θ+ε). Δείχνουμε ότι ως αποτέλεσμα της διασποράς των φυλλιδίων στο υλικό, παράγονται υλικά με βελτιωμένες ιδιότητες φραγμού αφού η ύπαρξη των φυλλιδίων προκαλεί αύξηση στην διαδρομή που πρέπει να ακολουθηθεί από τα μόρια, ιόντα κλπ, διαμέσου του υλικού. Αυτός ο βαθμός δυσκολίας περιγράφεται από τον συντελεστή Barrier Improvement Factor (BIF) ο οποίος χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση της επίδρασης της παρουσίας φυλλιδίων στις ιδιότητες φραγμού. Εκτός από την τεχνολογική σημασία αυτού του θέματος, πρόσθετο κίνητρο για την έρευνα αυτή ήταν το γεγονός ότι τα ήδη προτεινόμενα μοντέλα έχουν δείξει ένα μικρό εύρος εφαρμογής και γενικά έχουν περιορισμένη επιτυχία στην παροχή ενός ενοποιητικού πλαισίου για την περιγραφή των ιδιοτήτων φραγμού των εν λόγω υλικών. Για να αντιμετωπίσουμε αυτό το ζήτημα, πραγματοποιήσαμε μια ολοκληρωμένη υπολογιστική μελέτη και προτείνουμε νέα θεωρητικά μοντέλα ικανά να περιγράψουν το BIF για μια σειρά μεγεθών, συγκεντρώσεων και προσανατολισμών φυλλιδίων. Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιήσαμε 2D & 3D RVEs (Representative Volume Elements) με περιοδικές γεωμετρίες και περιοδικές οριακές συνθήκες που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας μια ποικιλία υπολογιστικών εργαλείων που περιλαμβάνουν εφαρμογές και αλγορίθμους που γράφτηκαν και υλοποιήθηκαν για τις ανάγκες αυτής της μελέτης. Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν γεωμετρίες και εκτελέστηκαν προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη του OpenFOAM στο εργαστηριακό μας cluster το οποίο στήθηκε στην αρχή αυτής της διατριβής. Με αυτόν τον συνδυασμό υφιστάμενων και νέων υπολογιστικών εργαλείων καταφέραμε να δημιουργήσουμε μια ακολουθία ενεργειών που μας επέτρεψε να τρέχουμε χιλιάδες προσομοιώσεις και οι οποίες καλύψανε όλες τις παραμέτρους που μελετήθηκαν στο πλήρες εύρος τους και αποτελούν - όσο γνωρίζουμε - την πιο ολοκληρωμένη μελέτη στη βιβλιογραφία μέχρι στιγμής. Επίσης αντίθετα με προηγούμενες μελέτες οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν σε RVEs με ρεαλιστική πολυπλοκότητα, που περιείχαν περισσότερα από 1000 φυλλίδια. Ελέγξαμε επίσης τα αποτελέσματά μας σε σχέση με υπάρχοντα μοντέλα που περιγράφονται στη βιβλιογραφία και εξετάσαμε μερικές κοινές παρανοήσεις και προβλήματα που υπάρχουν στον τομέα.

scholarly journals On the application of representative volume elements for steel fiber reinforced high performance concrete ‐ a numerical study

PAMM ◽  
2021 ◽  
Vol 20 (1) ◽  
Author(s):  
Mangesh Pise ◽  
Dominik Brands ◽  
Jörg Schröder ◽  
Gregor Gebuhr ◽  
Steffen Anders
Keyword(s):  
High Performance ◽  
Steel Fiber ◽  
High Performance Concrete ◽  
Numerical Study ◽  
Fiber Reinforced ◽  
Representative Volume ◽  
Representative Volume Elements

scholarly journals Nonlocal multicontinua with representative volume elements. Bridging separable and non-separable scales

2021 ◽  
Vol 377 ◽  
pp. 113687
Author(s):  
Eric T. Chung ◽  
Yalchin Efendiev ◽  
Wing T. Leung ◽  
Maria Vasilyeva
Keyword(s):  
Representative Volume ◽  
Representative Volume Elements

From Brownian Motion to Bending Beams

2021 ◽  
pp. 84-98
Author(s):  
Robert W. Batterman
Keyword(s):  
Brownian Motion ◽  
Correlation Function ◽  
Correlation Functions ◽  
Materials Science ◽  
Prima Facie ◽  
Representative Volume ◽  
Representative Volume Elements ◽  
Hydrodynamic Correlation

This chapter argues that the hydrodynamic, correlation function methodology discussed in “fluid” contexts is really the same methodology employed in materials science to determine effective values for quantities like conductivity, elasticity, stiffness. Thus, Einstein’s arguments discussed in the previous chapter have a bearing on what prima facie appear to be completely different problems. The mesoscale approach using representative volume elements and correlation functions to describe the important features of those representative volume elements is presented in some detail.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document