Многомасштабная проверка от экспериментов на месте до численного моделирования

Просмотр на месте и SEM

Настольные сканирующие зеркала Phenom XL в сочетании со стендом для образцов растяжения используются для наблюдения процесса растяжения в режиме реального времени в низком вакууме. Скорость загрузки составляет 0033 мм / мин, при этом в режиме реального времени регистрируются тяга и смещение.

Результаты показали:

• кривая растяжения имеет эластичную фазу - нелинейную фазу - три фазы быстрого разрушения;

• Пиковое натяжение около 158 Н, соответствующее удлинению 0636 мм, после чего быстрый отказ;

• Видео SEM раскрывает процесс зарождения и расширения микротрещин, а наблюдения за изломами показывают большое количество волокон, вытаскиваемых из интерфейса и десклеивающихся, что подтверждает хрупкие характеристики разрушения материала.

Рисунок 10: Кривая растяжения - смещения на месте

Рисунок 11: Изображения зеркал, сканирующих поверхность излома

Рисунок 12: Сверка кадров сканирующих зеркал с осевым полем деформации Eyy

Цифровая корреляция изображений (DIC) Анализ

2D DIC - анализ SEM - видео с помощью программного обеспечения Avizo для расчета поля поверхностного смещения и поля деформации.

Оказалось, что:

• Направленная на ось деформация Eyy образует зону высокой деформации с наклоном 5 ° в верхней части;

• В зоне деформации трещины быстро расширяются, что в конечном итоге приводит к макроуровням;

• Экспериментальное поле деформации очень согласуется с результатами моделирования конечных элементов, что подтверждает точность метода моделирования.

Рисунок 13: Сравнение сетки конечных элементов с областью DIC (красный квадрат)

Рисунок 14: Кривая изменения деформации по смещению

Рисунок 15: Результаты моделирования конечных элементов репрезентативных объемных элементов

Численное моделирование и моделирование

Моделирование с помощью платформы Ansys Workbench:

1. Тензорная входная модель ориентации волокон, полученная с помощью КТ

2. Создание в Material Designer карты изотропных материалов

3. Тензор отображается в локальной системе координат сетки конечных элементов для достижения свойств материала с ориентацией волокна

Рисунок 16: Карта материала и схема интерполяции тензора ориентации

Рисунок 17: Схема стандартного образца для калибровки материала

Рисунок 18: Окончательная модель материала (анизотропная текучесть и затвердевание)

Рисунок 19: Настройки сетки и натяжения для моделирования SFRC

Рисунок 20: Тензорное отображение ориентации волокон

Рисунок 21: Результаты моделирования распределения осевых деформаций

заключение

В исследовании показаны методы представления всей цепи от восстановления сырья, 3D - печати, микровизуализации до численного моделирования. Благодаря интеграции микроскопической КТ, сканирующих зеркал, DIC и ограниченного метаанализа, было достигнуто точное описание и прогноз производительности переработанных композитов из углеродного волокна.

Этот подход не только способствует промышленному применению устойчивых композитов, но и служит примером для прогнозирования конструкции материалов и зеленого производства. В будущем производители могут уверенно разрабатывать композитные компоненты, которые сочетают в себе как высокопроизводительные, так и экологически чистые характеристики с помощью аналогичных комплексных аналитических методов.