Matrix and interface microcracking in carbon fiber/polymer structural micro-battery

材料科学 复合材料 纤维 涂层 基质(化学分析) 压力(语言学) 复合数 应力集中 断裂力学 应变能释放率 哲学 语言学
作者
Johanna Xu,Jānis Vārna
出处
期刊:Journal of Composite Materials [SAGE Publishing]
卷期号:53 (25): 3615-3628 被引量:16
标识
DOI:10.1177/0021998319843616
摘要

In this paper, the propagation of radial matrix cracks and debond cracks at the coating/matrix interface in unidirectional carbon fiber structural micro-battery composite are studied numerically. The micro battery consists of a solid electrolyte-coated carbon fiber embedded in an electrochemically active polymer matrix. Stress analysis shows that high hoop stress in the matrix during charging may initiate radial matrix cracks at the coating/matrix interface. Several 2-D finite element models of the transverse plane with different arrangements of fibers and other matrix cracks were used to analyze the radial matrix crack growth from the coating/matrix interface of the central fiber in a composite with a square packing of fibers. Energy release rates of radial cracks along two potential propagation paths are calculated under pure electrochemical loading. The presence of a radial matrix crack imposes changes in the stress distribution along the coating/matrix interface, making debonding relevant for consideration. Results for energy release rates show that the debond crack growth is governed by mode II.
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