Xác minh đa quy mô từ thí nghiệm tại chỗ đến mô phỏng số

Căng tại chỗ và quan sát SEM

Quá trình kéo dài được quan sát trong thời gian thực ở chân không thấp bằng cách sử dụng kính quét bàn Phenom XL kết hợp với bảng mẫu kéo dài. Tốc độ tải là 0,033mm/phút, ghi lại lực kéo và dịch chuyển trong thời gian thực.

Kết quả hiển thị:

• Đường cong kéo theo giai đoạn đàn hồi - giai đoạn phi tuyến tính - gãy nhanh ba giai đoạn;

• Lực kéo đỉnh khoảng 158 N, tương ứng với độ giãn dài 0,636 mm, sau đó thất bại nhanh chóng;

• Video SEM tiết lộ quá trình bắt đầu và mở rộng của các vết nứt vi mô, quan sát vết nứt cho thấy một lượng lớn các sợi được kéo ra và khử dính với giao diện, xác minh đặc điểm gãy giòn của vật liệu.

Hình 10: Kéo căng tại chỗ - Đường cong dịch chuyển

Hình 11: Hình ảnh gương quét bề mặt bị nứt

Hình 12: Khung gương quét chồng chất trường căng thẳng trục Eyy

Phân tích liên quan đến hình ảnh kỹ thuật số (DIC)

Thực hiện phân tích DIC 2D trên video SEM thông qua phần mềm Avizo để tính toán trường dịch chuyển bề mặt so với trường căng thẳng.

Kết quả tìm thấy:

• Căng thẳng trục chính Eyy tạo thành một vành đai căng thẳng cao nghiêng 5 ° ở phần trên;

• Các vết nứt mở rộng nhanh chóng trong dải căng thẳng, cuối cùng dẫn đến vỡ vĩ mô;

• Trường căng thẳng thực nghiệm rất phù hợp với kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn, xác nhận tính chính xác của phương pháp mô hình.

Hình 13: Lưới phần tử hữu hạn tương phản với vùng DIC (hộp màu đỏ)

Hình 14: Đường cong biến dạng theo độ dịch chuyển

Hình 15: Kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn của phần tử khối lượng đại diện

Mô hình và mô phỏng số

Mô hình hóa với nền tảng Ansys Workbench:

1. Mô hình đầu vào Tenxơ định hướng sợi xuất khẩu qua CT

2. Tạo thẻ vật liệu dẻo đẳng hướng trong Material Designer

3. Ánh xạ tensor đến hệ tọa độ cục bộ của lưới phần tử hữu hạn để đạt được các thuộc tính vật liệu thay đổi theo định hướng sợi

Hình 16: Biểu đồ nội suy thẻ vật liệu và Tensor định hướng

Hình 17: Sơ đồ mẫu tiêu chuẩn để đánh dấu vật liệu

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Hình 19: Thiết lập lưới và kéo cho mô hình SFRC

Hình 20: Sơ đồ Tensor định hướng sợi kết quả

Hình 21: Kết quả mô phỏng phân phối căng thẳng trục

kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh các phương pháp mô tả liên kết đầy đủ từ tái chế nguyên liệu thô, in 3D, hình ảnh vi mô đến mô hình số. Bằng cách tích hợp microCT, gương quét, DIC và phân tích phần tử hữu hạn, mô tả chính xác và dự đoán hiệu suất của vật liệu composite sợi carbon tái chế đã đạt được.

Cách tiếp cận này không chỉ thúc đẩy các ứng dụng công nghiệp hóa của vật liệu composite bền vững mà còn cung cấp các ví dụ về thiết kế vật liệu dự đoán so với sản xuất xanh. Trong tương lai, các nhà sản xuất có thể tự tin thiết kế các thành phần composite kết hợp các đặc tính hiệu suất cao và thân thiện với môi trường thông qua các phương pháp phân tích tích hợp tương tự.