Nanoscale building blocks are individually exceptionally strong because they are close to ideal, defect-free materials. It is, however, difficult to retain the ideal properties in macroscale composites. Bottom-up assembly of a clay/polymer nanocomposite allowed for the preparation of a homogeneous, optically transparent material with planar orientation of the alumosilicate nanosheets. The stiffness and tensile strength of these multilayer composites are one order of magnitude greater than those of analogous nanocomposites at a processing temperature that is much lower than those of ceramic or polymer materials with similar characteristics. A high level of ordering of the nanoscale building blocks, combined with dense covalent and hydrogen bonding and stiffening of the polymer chains, leads to highly effective load transfer between nanosheets and the polymer.

Stable dispersions of nanofibers are virtually unknown for synthetic polymers. They can complement analogous dispersions of inorganic components, such as nanoparticles, nanowires, nanosheets, etc. as a fundamental component of a toolset for design of nanostructures and metamaterials via numerous solvent-based processing methods. As such, strong flexible polymeric nanofibers are very desirable for the effective utilization within composites of nanoscale inorganic components such as nanowires, carbon nanotubes, graphene, and others. Here stable dispersions of uniform high-aspect-ratio aramid nanofibers (ANFs) with diameters between 3 and 30 nm and up to 10 μm in length were successfully obtained. Unlike the traditional approaches based on polymerization of monomers, they are made by controlled dissolution of standard macroscale form of the aramid polymer, that is, well-known Kevlar threads, and revealed distinct morphological features similar to carbon nanotubes. ANFs are successfully processed into films using layer-by-layer (LBL) assembly as one of the potential methods of preparation of composites from ANFs. The resultant films are transparent and highly temperature resilient. They also display enhanced mechanical characteristics making ANF films highly desirable as protective coatings, ultrastrong membranes, as well as building blocks of other high performance materials in place of or in combination with carbon nanotubes.

The discrete cohesive zone model (DCZM) is implemented using the finite element (FE) method to simulate fracture initiation and subsequent growth when material non-linear effects are significant. Different from the widely used continuum cohesive zone model (CCZM) where the cohesive zone model is implemented within continuum type elements and the cohesive law is applied at each integral point, DCZM uses rod type elements and applies the cohesive law as the rod internal force vs. nodal separation (or rod elongation). These rod elements have the provision of being represented as spring type elements and this is what is considered in the present paper. A series of 1D interface elements was placed between node pairs along the intended fracture path to simulate fracture initiation and growth. Dummy nodes were introduced within the interface element to extract information regarding the mesh size and the crack path orientation. To illustrate the DCZM, three popular fracture test configurations were examined. For pure mode I, the double cantilever beam configuration, using both uniform and biased meshes were analyzed and the results show that the DCZM is not sensitive to the mesh size. Results also show that DCZM is not sensitive to the loading increment, either. Next, the end notched flexure for pure mode II and, the mixed-mode bending were studied to further investigate the approach. No convergence difficulty was encountered during the crack growth analyses. Therefore, the proposed DCZM approach is a simple but promising tool in analyzing very general two-dimensional crack growth problems. This approach has been implemented in the commercial FEA software ABAQUS® using a user defined subroutine and should be very useful in performing structural integrity analysis of cracked structures by engineers using ABAQUS®.

Abstract This study presents a novel technique to measure the motion of the eyelid during blinking. High-speed imaging and digital image correlation (DIC) were employed to monitor the eyelid during blinking in a non-invasive manner. Both spontaneous and reflex blinks were studied. A black liquid eyeliner was used to generate a speckle pattern on the surface of the eyelid. Facet motion captured through a DIC analysis software generated kinematic data for each blink. Calculations using this data set yielded information on the duration of the blink, eyelid displacements, and peak eyelid velocities. A consistent data set quantified the difference between blink types and reinforced the accuracy and repeatability of this DIC analysis method to measure the kinematics of blinking.