Kunststoffen
2 december 2002 | 16.00 uur
hr. J.W. Hofstee | ingenieur luchtvaart- en ruimtevaarttechniek.
promotor | Prof.dr.ir. A. van Keulen (fac OCP)
Kinematics and stiffness of thermoformed plain-weave laminates: simple
models and experimental validation.
In het proefschrift van Hofstee worden modellen gepresenteerd voor de
berekening van mechanische eigenschappen van weefselversterkte kunststoffen
na thermovormen. Drie stappen worden beschreven. Ten eerste wordt de
kinematica van het draperen gekarakteriseerd door middel van uitgebreid
microscopisch onderzoek. Een eenvoudig weefsel (éen over, éen onder) wordt
beschouwd. Het blijkt dat de vervormingen worden overheersd door twee modi,
(i) scharen en (ii) strekken van het weefsel. De tweede stap omvat de
ontwikkeling van een 3-D geometrisch model van het gedrapeerde weefsel. De
variabele golving van de vezels en de variabele doorsnede van de vezelbundel
na het draperen worden analytisch beschreven. De derde stap omvat de
ontwikkeling van adequate homogenisatieprocedures, waarmee de effectieve
eigenschappen van een representatief volume element van het
weefselversterkte laminaat kunnen worden bepaald. Deze procedures worden
enerzijds gebaseerd op de klassieke laminatentheorie, en anderzijds op de
methode van cellen. Voor beide procedures wordt een intervalvoorspelling
verkregen door toepassing van de minimum-energieprincipes. De modellen
worden experimenteel gevalideerd. Proefstaafjes worden ontworpen met, bij
benadering, pure strek- en schaarvervormingen. Het blijkt dat beide modi een
significant effect hebben op de stijfheid. De dwarscontractiecoëfficiënt kan
zowel een negatieve waarde als ook een waarde groter dan 1,5 aannemen. De
intervalvoorspelling verkregen met de klassieke laminatentheorie omvat
meestal de gemeten stijfheden. Gemiddeld worden de metingen ietwat overschat
aangezien geen rekening wordt gehouden met de met hars gevulde gaten in het
weefsel. De intervalvoorspelling verkregen met de methode van cellen levert
een onrealistische ondergrens. Dit komt doordat dit model nog geen rekening
kan houden met de koppelingsmechanismes tussen de normale en
schuifspanningskomponenten, die vooral optreden in de buurt van zwakke
subcellen. De ontwikkelde procedures zijn bij uitstek geschikt voor het
ontwerp van gedrapeerde producten als schakel tussen
drapeersimulatietechnieken en eindige-elementenmethodes. Met een minimaal
aantal invoervariabelen voor een onvervormde referentietoestand van het
laminaat kan een efficiënte stijfheidsvoorspelling worden verkregen voor een
willekeurig geschaarde en/of gestrekte toestand. De modellen kunnen worden
uitgebreid voor gecompliceerdere weefseltypen, andere vervormingsmodi,
niet-lineair materiaalgedrag, degradatie- en sterktevoorspellingen.
Voor verder lezen
* Fibre metal laminates an introduction ed. by Ad Vlot and Jan Willink
Gunnink, 2001
* Plates, laminates, and shells asymptotic analysis and homogenization
by T. Lewinski, 2000
* Scaling effects in carbon/epoxy laminates under transverse
quasi-static loading by Alan T. Nettles, 1999
Maarten van der Sanden
Wetenschapsvoorlichter
Universiteitsdienst TU Delft /
Dir. Marketing & Communicatie
tel.: +31 15 2785454
fax: +31 15 2781855
GSM: +31 (0)6 20408176