제자리 실험부터 수치 시뮬레이션까지 다자도 검증

제자리 스트레칭 및 SEM 관찰

Phenom XL 데스크탑 스캐닝 선글라스를 사용하여 스트레칭 샘플대와 결합하여 저진공에서 스트레칭 과정을 실시간으로 관찰합니다.로드 속도는 0.033mm/min이며 인장력과 변위를 실시간으로 기록합니다.

결과 표시:

• 신축 곡선은 탄성 단계-비선형 단계-빠른 파열 3단계입니다.

• 피크 랠리는 약 158N으로 0.636mm 신장에 대응하며 그 후 빠르게 효력을 상실한다;

• SEM 동영상은 미세한 균열의 발생과 확장 과정을 보여주며, 단구 관찰은 대량의 섬유 뽑기와 인터페이스 탈착을 보여주어 재료의 아삭아삭한 단열 특징을 검증했다.

그림 10: 제자리 스트레치 힘 – 변위 곡선

그림 11: 브레이크 표면 스캐닝 렌즈 이미지

그림 12: 스캐닝 렌즈 프레임 중첩 축방향 변환장 Eyy

디지털 이미지 관련(DIC) 분석

Avizo 소프트웨어를 통해 SEM 비디오에 대한 2D DIC 분석을 수행하여 표면 변위 및 변환 장을 계산합니다.

결과 발견:

• 주축이 응변 Eyy로 상부에 약 5 ° 기울어진 고응변 띠를 형성한다;

• 응변대에서 균열이 빠르게 확장되어 결국 거시적 균열을 초래한다;

• 실험응변장은 유한원 시뮬레이션 결과와 고도로 일치하여 모델링 방법의 정확성을 검증하였다.

그림 13: 유한 메쉬 및 DIC 영역(빨간색 상자) 비교

그림 14: 변위에 따른 커브 변화

그림 15: 대표적인 볼륨의 유한 요소 시뮬레이션 결과

수치 모델링 및 시뮬레이션

Ansys Workbench 플랫폼을 이용한 모델링:

1. CT를 통해 내보낸 섬유 취향 장량 입력 모델

2. Material Designer에서 각방향 이성 탄소성 재료 카드 만들기

3. 장량을 유한원 격자의 국부 좌표계에 매핑하여 섬유 취향에 따라 재료 속성의 변화를 실현한다

그림 16: 재료 카드 및 취향 장량 보간 설명

그림 17: 재료 지정을 위한 표준 견본 설명

그림 18: 최종 재료 모델 (각 방향 이성 굴복과 경화)

그림 19: SFRC 모델링의 그리드 및 랠리 설정

그림 20: 섬유 취향 장량 매핑 결과

그림 21: 축 변환 분포 시뮬레이션 결과

결론

이 연구는 원료 회수, 3D 프린팅, 현미경 영상에서 수치 모델링에 이르는 전체 링크 표징 방법을 보여준다.현미경 CT, 스캐닝 렌즈, DIC, 유한원 분석을 통합하여 재생 탄소섬유 복합재료에 대한 정확한 설명과 성능 예측을 실현하였다.

이런 방법은 지속가능한 복합재료의 공업화 응용을 추진할 뿐만 아니라 예측성 재료 설계와 녹색 제조에도 범례를 제공했다.앞으로 제조업체는 비슷한 종합 분석 수단을 통해 고성능과 친환경 특성을 겸비한 복합 부품을 자신 있게 설계할 수 있다.