< Terug naar vorige pagina

Project

Vezelsterkte polyurethaan sandwichpanelen: karakterisatie, optimalisatie en numerieke modellering.

In dit onderzoek werd een glasvezel versterkte PU-schuim sandwich structuur en de bijhorende deelmaterialen onderzocht. Deze deelmaterialen zijn: een flexibel opencellig PU-schuim, een geslotencellig PU- hardschuim en een continue glasvezel mat.
Het algemene doel van dit onderzoek isde ontwikkeling van verschillende hulpmiddelen om de mechanische eigenschappen van de deelmaterialen en de finale sandwichstructuur te analyseren en voorspellen. 
In het eerste deel van dit onderzoek, wordt het opencellig schuim besproken. Nietegenstaande het opencellig schuim geen significant bijdrage levert aan de mechanische eigenschappen van hetsandwich paneel is een fundamentele karakterisatie en modellering van belang in andere onderzoeksdomeinen (e.g. oppervlaktefunctionalisatie of drukvalberekeningen). De celstructuur van dit schuim werd gekarakteriseerd door middel van optische microscopie, SEM en CT. Op basis van de hieruit volgende waarnemingen, werden de Kelvin cel en de Weaire-Phelan structuur geselecteerd als RVE voor de eindige elementen modellen. Tot nu toe werd deze laatste structuur nog niet toegepast als basis voor eindige elementen modellering. 
Naar analogie met reële schuimen, is de materiaalverdeling in de cell edges van de RVE gebaseerde FE-modellen volledig gebaseerd op een minimalisatie van de oppervlakte-energie. De ontwikkelde FE-modellen lieten toe om de invloed van de celgrootte, de stijfheid van het vast PU, de relatieve densiteit en de vorm-anisotropie op de mechanische eigenschappen van het opencellig schuim na te gaan. Er werd aangetoond dat de FE-modellen, gebaseerd op de Weaire-Phelan structuur een realistischere voorstelling en betere voorspelling van de mechanische eigenschappen geven, dan de vaak gebruikte Kelvin cel gebaseerde FE modellen. 
Aangezien de spreiding op de gekende stijfheidswaarden van vast PU materiaal, waaruit de schuimen opgebouwd zijn, erg groot is, werd aan deze parameter extra aandacht besteed in het huidige onderzoek. Dit leidde tot een significante daling van de spreiding op de stijfheid van het vast PU materiaal van de onderzochte schuimen. 
De deklagen van de onderzochte sandwich structuren bestaan uit een glasvezelversterkt PU-schuim composiet. Aangezien deze deklagen in situ geproduceerd worden, kan de karakterisatie ervan niet op voorhand gebeuren. Bovendien maakt dit de voorspelling van de buigeigenschappen van de sandwichstructuur erg moeilijk. 
Om hieraan tegemoet te komen, werd de dikte van deklaag alsook de glasvezeloriëntatieverdeling bepaald door middel van X-ray CT visualisatie, waarop beeldverwerkingsalgoritmes werdentoegepast. Hierdoor kon de stijfheid van de deklagen berekend worden met behulp van de standaard mengregel en Mori-Tanaka inclusiemodellen. De hieruit voortvloeiende resultaten werden succesvol gevalideerd op basis van experimentele metingen. 
In het laatste deel van dit onderzoek werd de verkregen kennis over de stijfheid van de PU schuimkern en deglasvezel versterkte PU-schuim composiet deklagen samengebracht in een eenvoudig model. Dit model laat toe om de buigstijfheid van de industrieel geproduceerde sandwich structuren te voorspelen met een nauwkeurigheid van +/-10%. Bovendien kan de invloed van verschillende parameters, zoals het gewicht en de oriëntatie van de gebruikte glasvezelmat, nagegaan worden. Hiermee kan het model richting geven aan toekomstige materiaalontwikkelingen.
Datum:8 sep 2009 →  1 jul 2014
Trefwoorden:Fibre reinforced
Disciplines:Andere ingenieurswetenschappen en technologie
Project type:PhD project