Verificación multiescala desde experimentos in situ hasta simulaciones numéricas

Estiramiento in situ y observación Sem

El proceso de estiramiento se observa en tiempo real en bajo vacío utilizando la microscopía electrónica de barrido de escritorio fenom XL combinada con la Mesa de muestras de estiramiento. La velocidad de carga es de 0033 mm / min, y la fuerza de tracción y el desplazamiento se registran en tiempo real.

Los resultados muestran:

• La curva de tracción muestra tres etapas: etapa elástica - etapa no lineal - ruptura rápida;

• La fuerza de tracción máxima es de aproximadamente 158 n, lo que corresponde a una extensión de 0636 mm, y luego falla rápidamente;

• El video de Sem revela el proceso de iniciación y propagación de microcracks, y la observación de la fractura muestra una gran cantidad de extracción de fibra y desprendimiento de la interfaz, lo que verifica las características de fractura frágil del material.

Figura 10: curva de tensión - desplazamiento de tracción in situ

Figura 11: imagen de microscopía electrónica de barrido de la superficie de la fractura

Figura 12: el marco de la microscopía electrónica de barrido superpone el campo de tensión axial Eyy

Análisis de correlación de imágenes digitales (tic)

El análisis 2d TIC se realiza en el video Sem a través del software avizo para calcular el campo de desplazamiento superficial y el campo de deformación.

Se encontró que:

• La tensión del eje principal Eyy forma una banda de alta tensión inclinada a 5 ° En la parte superior aproximadamente;

• Las grietas se propagan rápidamente en la zona de tensión, lo que finalmente conduce a la fractura macro;

• El campo de tensión experimental es muy consistente con los resultados de la simulación de elementos limitados, lo que verifica la precisión del método de modelado.

Figura 13: comparación entre la cuadrícula de elementos limitados y el área TIC (caja roja)

Figura 14: curva de variación de la tensión con el desplazamiento

Figura 15: resultados de la simulación de elementos limitados de elementos de volumen representativos

Modelado numérico y simulación

Modelado con la plataforma ANSYS workbench:

1. Un modelo de entrada de tensión de orientación de fibra derivado de TC

2. Creación de tarjetas de materiales elástico - plásticos isotrópicos en el diseñador de materiales

3. Mapear el tensión al sistema de coordenadas locales de la cuadrícula de elementos limitados para lograr que las propiedades del material cambien con la orientación de la fibra.

Figura 16: diagrama esquemático de la inserción de la tarjeta de material y el tensión de orientación

Figura 17: esquema de la muestra estándar para la calibración del material

Figura 18: modelo de material final (rendimiento isotrópico y endurecimiento)

Figura 19: configuración de la cuadrícula y la fuerza de tracción para el modelado de sfrc

Figura 20: resultados del mapeo del tensión de orientación de la fibra

Figura 21: resultados de la simulación de la distribución de la tensión axial

conclusión

El estudio muestra métodos de caracterización de enlaces completos, desde la recuperación de materias primas, la impresión 3d, la Micrografía hasta el modelado numérico. La descripción precisa y la predicción de propiedades de los materiales compuestos de fibra de carbono reciclada se lograron mediante la integración de microcontaminación, microscopía electrónica de barrido, TIC y análisis de elementos limitados.

Este método no solo promueve la aplicación industrial de materiales compuestos sostenibles, sino que también proporciona ejemplos para el diseño de materiales predictivos y la fabricación Verde. En el futuro, los fabricantes pueden diseñar con confianza componentes compuestos con características de alto rendimiento y protección del medio ambiente a través de métodos de análisis integrales similares.