Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Supported by 2D and 3D Imaging Methods Investigation of the Influence of Fiber Orientation on the Mechanical Properties of the Composites Reinforced with Fibers in a Polymer Matrix

Saraczyn Robert, Deroszewska Martyna, Kowaluk Tomasz, Skołek Emilia, Rządkowski Witold, Myszka Dawid

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no 3

170--183

EN

The aim of this study was to examine the behavior of the carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites depending on the fiber orientation and to understand the influence of microstructural discontinuities on mechanical properties. For the tests 210 gsm prepreg composite and 200 gsm carbon fabric with polymer matrix have been used. Samples were structured and later examined according to the ASTM-D3039 and ASTM-D3878 (equivalents are ISO 20975, ISO 527-4 and ISO 527-5). Accordingly, to the number of layers, three ways of the fibers arranging in relation to the applied force were used. Mechanical properties were determined in a static tensile test. The results of imaging studies, which included analyzes of Digital Image Correlation, Computed Tomography and Scanning Electron Microscopy, showed structural discontinuities, specific stress distribution and propagation of stresses depending on the production technology, which were correlated with the obtained strength results. The source of the gradual development of the degradation of the composite structure was observed in local microdamages and microcracks. As a result of a sub-critical crack growth within the resin matrix material, the defects are subject to a complex, multi-axial stress field on the micro-scale, even if the globally applied force is axial. Samples in which the load was applied along the axis of the fibers behave like an elastic material, while samples, where the force is applied at an angle to the axis of the fibers, tend to behave like an elastic-plastic material.

2

Ocena wpływu wyboru modelu mikromechanicznego na prognozowanie orientacji włókien oraz właściwości mechaniczne kompozytu WPC

Frącz Wiesław, Janowski Grzegorz

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2019

|

z. 91 [299], nr 1-2

5--16

PL

W pracy oceniono efektywność zastosowania modeli mikromechanicznych Folgara-Tuckera oraz RSC w prognozowaniu powtryskowej orientacji włókien w matrycy polimerowej dla specyficznego kompozytu WPC złożonego z matrycy polimerowej PP oraz napełniacza, tj. włókien drzewnych w ilości 15% mas. Obliczone wartości składowych tensora orientacji włókien w matrycy polimerowej pozwoliły również na ocenę wpływu zastosowanych modeli mikromechanicznych na możliwości prognozowania właściwości mechanicznych kompozytu WPC z zastosowaniem modelu homogenizacji Mori-Tanaka. Należy zauważyć, że domyślnym modelem mikromechanicznym stosowanym w wielu programach CAE specjalizowanych w zakresie procesu formowania wtryskowego jest model Folgara-Tuckera. Istotna staje się więc ocena przydatności modelu RSC, który nie jest modelem domyślnym i próba odpowiedzi, czy można go stosować w prognozowaniu właściwości przetwórczych i mechanicznych kompozytów WPC.

EN

This article evaluates the effectiveness of selected micromechanical models, such as Folgar-Tucker and RSC, in numerical calculations concerning fiber orientation prediction in a polymer matrix for the WPC composite containing 15% by mass of wood fibers. In addition, the obtained values of fiber orientation tensor in the polymer matrix allowed to assess the influence of the applied micromechanical models on the possibilities of predicting the mechanical properties of the WPC composite using the Mori-Tanaka homogenization model. It should be noted that the default micromechanical model suggested in CAE software including the injection moulding process modules is the Folgar-Tucker model. Hence, it is important to investigate whether the second optional model, i.e. RSC, should be the main model used in predicting the processing and mechanical properties of WPC composites.

3

Predicting effect of fiber orientation on chosen strength properties of wood-polymer composites

Frącz Wiesław, Janowski Grzegorz

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 2

56--63

EN

The paper presents an assessment of the effect of fiber orientation on the strength properties of products made from wood-polymer composites by the injection molding process based on micromechanical analysis. For this purpose numerical analysis was carried out for the product model with geometry of the sample intended for the uniaxial tensile test. To determine the actual fiber orientation after the manufacturing process, the orientation tensor values were calculated using Autodesk Moldflow Insight 2016 software. The micromechanical calculations were performed using Digimat FE commercial code. The results (stress-strain characteristics) of the numerical simulations taking into account the calculated fiber orientation tensor were compared to the experiment. To produce the wood-polymer composite, the polypropylene polymer matrix was Moplen HP 648T. As the filler Lignocel C120 wood fibers made by Rettenmeier & Sohns company were applied. A composite with a 10 vol.% content of wood fibers in the polymer was manufactured in the extrusion process by means of a Zamak EHP 25 extruder. For specimen manufacturing a Dr. Boy 55E injection molding machine equipped with a two cavity injection mold was used. Before the numerical simulations the uniaxial tensile test was performed using a Zwick Roell Z030 testing machine. The specimens were tested at the speed of 50 mm/min according to the PN-EN ISO 527 standard. The obtained stress-strain characteristics were used as a verification criterion for further numerical analysis. Moreover, the mechanical properties of the same composite products were predicted for hypothetical fiber orientation types. It was noted that the selection of fiber orientation has a significant impact on the quality of the obtained results compared to the experiment.

PL

Przedstawiono ocenę wpływu orientacji włókien na właściwości wytrzymałościowe wyrobów kompozytowych na przykładzie wyrobów z kompozytu typu drewno-polimer formowanych w technologii wtryskiwania. Przeprowadzono analizę numeryczną dla modelu wyrobu o geometrii próbki przeznaczonej do próby jednoosiowego rozciągania. W celu uzyskania danych o powtryskowej orientacji włókien w matrycy polimerowej przeprowadzono analizę numeryczną procesu wtryskiwania za pomocą oprogramowania Autodesk Moldflow Insigth 2016. Uzyskano w ten sposób wartości tensora orientacji włókien dla zadanych parametrów technologicznych procesu wytwarzania wyrobu. Obliczenia mikromechaniczne (analizy właściwości struktury kompozytu) przeprowadzono z wykorzystaniem oprogramowania Digimat FE. Wyniki analizy numerycznej dla obliczonej wartości tensora orientacji włókien porównano z eksperymentem. Ponadto, w celu ułatwienia definiowania w systemach CAE właściwości kompozytu wykonano prognozowanie jego właściwości mechanicznych dla hipotetycznych, uproszczonych przypadków orientacji włókien. Potwierdzono, iż dobór orientacji napełniacza (włókien) ma znaczący wpływ na zgodność prognozowanych właściwości kompozytu z wynikami badań eksperymentalnych.

4

Innovative steel fibers and their effect on fiber distribution in beams - experimental investigations

Huss M., Tue N. V.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2017

|

Vol. 10, no. 3

103--108

EN

This contribution presents experimental investigations on fiber reinforced concrete (FRC). A new type of straight steel fibers (company Feel Fiber) with a length of 60 mm was used. 12 beams with a length of 6 m, a height of 0.4 m and a width of 0.5 m were produced, in order to determine the fiber distribution along them. The beams differ in the manufacturing method (cast in layers or from one side), the fiber content and the way of fiber addition. After concretes hardening, slices were cut of the beams to determine the number of fibers in the cross section. The results showed that the number of fibers per unit area scatters about 10%, independent of manufacturing method and type of fiber addition. Finally, the results are discussed and a proposal to modify certain factors in the German and Austrian guideline for fiber reinforced concrete is made, to take the advantages of this new fiber type into account.

PL

W artykule zaprezentowano badania betonu zbrojonego włóknami (FRC). Zastosowano nowy typ włókien stalowych prostych (firmy Feel Fiber) o długości 60 mm. W celu rozpoznania jakości rozmieszczenia włókien w elemencie, wykonano 12 belek o rozpiętości 6 m, wysokości 0.4 m i szerokości 0.5 m. Belki różniły się sposobem wykonania (betonowanie warstwami lub z jednej strony), ilością włókien i sposobem aplikacji włókien. Po stwardnieniu betonu, belki przecinano w celu oceny dystrybucji włókien w przekroju poprzecznym. Wyniki badań wykazały, że ilość włókien przypadających na jednostkę powierzchni wykazuje rozrzut ok. 10%, niezależnie od metody wykonania i metody aplikacji włókien. Wyniki badań zestawiono i została przedstawiona propozycja zmian konkretnych współczynników w niemieckich i austriackich przepisach dot. betonu zbrojonego włóknami. Celem tych zmian jest ujęcie nowego typu włókien w przepisach.

5

Analysis of fiber orientation in the wood-polymer composites (WPC) on selected examples

Frącz W., Janowski G.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2017

|

Vol. 11, no 3

122--129

EN

The fibers orientation in the polymer matrix is an important factor determining mechanical properties of products made of composites by means of an injection molding process. The fibers arrangement has an effect on shrinkage of the composite and the dimensional accuracy of molded piece. The knowledge of fiber orientation can determine the proper dimensions and design of the molding cavities and then correct some of physical and mechanical properties of the molded piece. The orientation of fillers depends on many factors, among which the important role play processing parameters including the injection speed. The aim of this study was to assess the orientation of the fibers in wood-polymer composite on the selected examples. The knowledge and proper use of micromechanical models allow to evaluate the fibers flow and their orientation in polymer matrix. The research was performed both for numerical simulations and experimental studies for results verification.

6

Badanie anizotropii in situ w procesie selektywnego spiekania laserem proszków tworzyw PA12-CF

Zimniak P.

Postępy w Inżynierii Mechanicznej

|

2016

|

nr 7(4)

33--45

PL

W pracy omówiono podstawy laserowego, selektywnego spiekania proszkowego tworzywa polimerowego jako jednej z wiodących technologii przyrostowego wytwarzania modeli użytkowych i prototypów. Wadą techniki SLS jest zjawisko anizotropii, wynikające z mechanizmu nakładania kolejnych warstw za pomocą narzędzia rozprowadzającego tworzywo proszkowego, kompozytu na bazie poliamidu 12 z dodatkiem włókien węglowych PA12-CF, tj. klingi lub walca, co istotnie wpływa na właściwości mechaniczne uzyskanych wyrobów. W dalszej części pracy opisano unikatowe stanowisko badawcze do nakładania tworzywa proszkowego oraz zaproponowano odpowiednią metodę analizy obrazu, pomocną w zakresie wyznaczenia ukierunkowania włókien tworzywa proszkowego PA12-CF w ujęciu ilościowym i jakościowym.

EN

The grounds of selective laser sintering (SLS) method, as one of the leading methods of rapid prototyping have been discussed in this paper. The greatest disadvantage of SLS method is anisotropy caused by mechanism of laying sequential layers using distributing tool for PA12-CF powder, i.e. a blade or a roller what may considerably influence the mechanical properties of the obtained products. Consequently this paper also describes the unique test stand for laying powdered polymer and presents the convenient method of image analysis which may help in checking behavior of reinforcing fibers in separate layers of PA12-CF polymer in the product regarding qualitative as well as quantitative aspects.

7

Analiza numeryczna komponentów z tworzyw sztucznych ze wzmocnieniem w firmie WABCO Polska

Bodniewicz D.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 10

1301--1303

PL

Zaprezentowano metodę realizacji numerycznych obliczeń strukturalnych w firmie WABCO Polska na elementach z tworzyw sztucznych, z uwzględnieniem kierunkowości fazy wzmocnienia (krótkie włókna). W tym celu wykorzystano makro w języku APDL będącym integralną częścią systemu ANSYS, co pozwoliło na rezygnację z zakupu oprogramowania do transferu danych materiałowych między środowiskami Moldflow/ANSYS.

EN

The article describes the structural analysis method used in the WABCO Poland company that is carried out on plastic parts with short fiber reinforcement. For that purpose, the macro in APDL language (integral part of the ANSYS software) was utilized. As a result, the need for external software for transferring material data between Moldflow and ANSYS was eliminated.

8

Ocena dokładności modelu RSC w prognozowaniu orientacji włókien w kompozytach typu drewno-polimer

Frącz W., Janowski G., Bednarz A.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 12

918--921

PL

Orientacja włókien w kompozytach z napełniaczem włóknistym jest jednym z głównych aspektów związanych z formowaniem wtryskowym. Ułożenie tego typu napełniacza w matrycy polimerowej wpływa bezpośrednio na właściwości mechaniczne materiału. Najbardziej oczekiwaną orientacją jest ułożenie włókien w kierunku działania obciążenia, jednakże w warunkach przetwórstwa tego typu układ jest trudny do osiągnięcia ze względu na m.in. zmienną geometrię gniazda formującego oraz cechy napełniacza i matrycy polimerowej. Umiejętność przewidywania orientacji napełniacza, pozwala, między innymi, aktywnie wpływać na cechy konstrukcyjne wytworu np. poprzez dobór odpowiedniego miejsca wtrysku tworzywa. W obliczeniach orientacji włókien standardowo wykorzystuje się model Folgara-Tuckera, jednakże często za pomocą tego modelu otrzymuje się przeszacowane wyniki, które związane są ze zmianą tensora orientacji w stężonych zawiesinach, za które często traktuje się w tym modelu polimery. Model RSC (ang. the Reduced Strain Closure) jest zmodyfikowanym podejściem do wskazanego wyżej problemu i coraz szerzej stosowanym w programach symulacyjnych. W pracy oceniono wpływ tego modelu na prognozowanie orientacji włókien w kompozytach typu drewno-polimer (ang. WPC) w oparciu o analizy numeryczne oraz badania eksperymentalne.

EN

Fibers orientation in composites with fibrous filler is one of the main aspects of injection molding. The arrangement of this type filler has, among others, a direct effect on the mechanical properties of products. In this respect, the most effective orientation is in the direction of the load. This type of arrangement is often difficult to achieve. The processing conditions,. This is due, among others to variable geometry of the cavity and the features of the filler and the polymer matrix. The Folgar-Tucker model is a standard model used to calculate the orientation of the fibers, however, with the using of this model the overestimated results of changing the orientation tensor in concentrated suspension can be often obtained. RSC model is a modified approach to the above mentioned model and more widely used in commercial codes. In this study the accuracy evaluations of the RSC model to predict the orientation of fibers in wood-polymer composites (WPC), based on the numerical analysis and experimental studies was assessed.

9

Fiber Orientation and Rheology Behavior of the Laminar Suspension Flow through a 2-D Curved Expansion Duct

Zhang Q., Tian F., Shi W., Gao X, Zhang D.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 9b

70-74

EN

By coupling the fiber extra stress into the laminar Newtonian flow equations, the fiber orientation and the fiber suspension rheology in a 2D curved expansion duct is numerically investigated. The orientation distribution probability function is numerically solved to obtain the bulk orientation distributions and the extra stress distributions. The results show that the overall distribution of the flow field parameters, such as velocity, pressure have not been significantly affected in the most regions of the duct. But for the shear stress and normal stress difference, the non-equilibrium is significant. In the inlet region, the fibers rotate frequently due to the nonuniform flow shear effects, the orientation becomes more random and are less aligned with the local streamlines. But in the downstream region, with flow shear becomes uniform, the non-equilibrium is less obvious. In addition, with the fiber extra viscosity increasing, the shear stress and normal stress difference increase correspondingly.

PL

Przeanalizowano numerycznie orientację włókna i naprężenia zawieszenia w zastosowaniach do reologii. Stwierdzono, że takie parametry jak ciśnienie i szybkość przepływu nie decydują o parametrach kanału. Natomiast istotny wpływ mają naprężenia.

10

Modeling of fiber orientation during injection molding process of polymer composites

Nabiałek J.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 4

347-351

EN

Polymer composites with fibers are widely used as construction materials. Different fibers are used (eg. fiberglass). One method of forming composite materials is injection molding. The paper presents chosen results of investigations on polymer flow during the mould cavity filling phase of the injection molding process. The process is characterized by high dynamics, which causes several technological difficulties, both during injection mould design and during product implementation to the production stage. Deep understanding of the phenomena which occur during filling an injection mould may lead to a more effective design of the processing tools and shortening of the time for the implementation and production time. In the paper the theoretical basis for modeling fiber orientation in an injected polymer composite is described. The orientation and distribution of fibers have a substantial influence on the mechanical properties of a molded part. A computer simulation of the injection molding of a polypropylene composite with glass fiber (PP + 20% glass fiber, Aqualoy 125B, A Schulman NA) is conducted. Special attention is given to the results concerning the orientation of the fiber during processing. Selected results of the computer simulation of the flow velocity distribution of the composite, Poisson's coefficient and fiber orientation tensor across the molded part and selected cross-sections are presented. Significant discrepancies in the orientation of the fibers, depending on the nature of the flow of the injected composite are affirmed. These disparities affect the lack of uniformity of the mechanical strength of the molded part. The author plans to extend the scope simulation research to determine the effect of processing conditions on fiber orientation.

PL

Kompozyty polimerowe z włóknami szklanymi są szeroko stosowane jako materiały konstrukcyjne. Stosowane są różne włókna (m.in. włókna szklane). Jedną z metod formowania wyrobów kompozytowych jest wtryskiwanie. W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań przepływu polimeru podczas wypełniania gniazda formy w procesie wtryskiwania. Proces ten charakteryzuje się dużą dynamiką, przez co stwarza szereg trudności technologicznych zarówno podczas projektowania form wtryskowych, jak i na etapie wdrożenia wytworu do produkcji. W pracy opisano teoretyczne podstawy modelowania orientacji włókien we wtryskiwanym kompozycie polimerowym. Orientacja i dystrybucja włókien wtryskowej mają zasadniczy wpływ na właściwości mechaniczne w wypraski. Przeprowadzono symulację komputerową procesu wtryskiwania kompozytu polipropylenu z włóknem szklanym (PP + 20% włókna szklanego, Aqualoy 125B, A Schulman NA). Szczególną uwagę zwrócono na wyniki dotyczące orientacji włókien podczas przetwórstwa. Przedstawiono wybrane wyniki symulacji komputerowej rozkładu prędkości przepływu kompozytu, współczynnika Poissona oraz tensora orientacji włókien w całej wyprasce i wybranych przekrojach poprzecznych. Stwierdzono duże rozbieżności orientacji włókien w zależności od charakteru przepływu wtryskiwanego kompozytu. Rozbieżności te decydują o braku jednorodności wytrzymałości mechanicznej wypraski. Autor planuje rozszerzyć zakres badań symulacyjnych w celu określenia wpływu warunków przetwórstwa na orientację włókien.

11

Testing fiber orientation and its effect on glass mats by using image processing system

Vas L. M., Balogh K.

Zeszyty Naukowe. Włókiennictwo / Politechnika Łódzka

|

2000

|

z. 58

69-78

EN

A glass fiber mat was tested by using image processing systems and analyzed by making use of a statistical geometrical model in order to understand some geometrical and strength properties of mats and mat-reinforced composites.