Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm và số hóa về biến thiên quy trình trong các bện sợi carbon hai trục
Tóm tắt
Bài báo này điều tra quy trình sản xuất các bện sợi carbon hai trục và ảnh hưởng của các thiết lập máy khác nhau đến tính biến thiên của kiến trúc dệt được sản xuất. Song song, các mô phỏng số về quy trình bện với các thiết lập máy khác nhau đã được thực hiện. Trong các nghiên cứu này, lực kéo của sợi và tốc độ quy trình được thay đổi để tạo ra các bện hình trụ hai trục với góc bện trung bình là ±45°. Chất lượng preform tổng thể được đặc trưng bằng cách sử dụng các phương pháp đo biến thiên trong góc bện, bề rộng sợi, hệ số bao phủ và hư hại sợi, bằng nhiều kỹ thuật thực nghiệm khác nhau. Hơn nữa, từ các biến thể tổng hợp cuối cùng, các kích thước tiết diện sợi đã được đo. Một phương pháp được trình bày để chuyển đổi kết quả mô phỏng quy trình bện thành mô hình phần tử hữu hạn ba chiều chi tiết của kiến trúc, sử dụng một kỹ thuật dựa trên mô phỏng giãn nở nhiệt và nén. Phương pháp này cũng cho phép khả năng đưa vào những biến thiên quan sát được theo thực nghiệm về kích thước tiết diện sợi. Một mô hình như vậy cung cấp một điểm khởi đầu quý giá cho việc phân tích tiểu vĩ mô về quá trình thâm nhập hoặc phân tích cơ học của composite dệt. So sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả số cho thấy rằng mô phỏng quy trình có thể tái hiện tốt các góc bện thực tế về giá trị trung bình và độ phân tán dưới các cấu hình máy khác nhau và mô hình dệt tiểu vĩ mô mang lại sự tái hiện tốt về kiến trúc dệt thực tế.
Từ khóa
#sợi carbon hai trục #bện sợi #mô phỏng quy trình #biến thiên quy trình #kiến trúc dệtTài liệu tham khảo
Pickett A, Erber A, von Reden T, Drechsler K (2009) Comparison of analytical and finite element simulation of 2D braiding. Plast Rubber Compos 38(9/10):387–395
Tabatabaei SA (2016) Meso-finite element Modelling of textile composites using mesh superposition method. Dissertation, KU Leuven
Pickett A, Sirtautas J, Erber A (2009) Braiding simulation and prediction of mechanical properties. Appl Compos Mater 16(6):345–364
Heieck F (2019) Potenzial einer optischen 3D-Preformanalyse zur Qualitätsbestimmung von Faser-Kunststoff-Verbunden. Dissertation, University of Stuttgart
Heieck F, Hermann F, Middendorf P and Schladitz K (2016) Influence of the cover factor of 2D biaxial and triaxial braided carbon composites on their in-plane mechanical properties. Composite Structures 163:114–122
Kyosev Y (2015) Braiding technology for textiles. Woodhead, Cambridge
Ebel C (2013) Effects of fiber damage on the efficiency of the braiding process, in Composites Week @ Leuven and TexComp-11 Conference, Leuven
Matveev MY (2015) Effects of variabilities on mechanical properties of textile composites. Dissertation, The University of Nottingham
Rawal A, Potluri P, Steele C (2005) Geometrical modelling of the yarn paths in three-dimensional braided structures. J Ind Text 35:115–135
Rawal A, Potluri P, Steele C (2007) Prediction of yarn paths in braided structures formed on a square pyramid. J Ind Text 36:221–226
van Ravenhorst JH (2018) Design tools for circular overbraiding of complex mandrels. PhD Thesis, University of Twente
van Ravenhorst J, Akkerman R (2016) Overbraiding simulation. In: Advances in braiding technology. Woodhead Publishing by Elsevier, Amsterdam, Boston, Cambridge, pp 431–455
van Ravenhorst J, Akkerman R (2016) A yarn interaction model for circular braiding. Compos A: Appl Sci Manuf 81:254–263
Lengersdorf M, Multhoff J, Linke M, Gries T (2013) Simulative design of overbraided pressure vessel for hydrogen storage, In: Hoa, Suong Van; Hubert, Pascal (Eds.): ICCM19 : 19th International Conference on Composite Materials, Montreal, Canada
Swery EE, Hans T, Bultez M, Wijaya W, Kelly P, Hinterhölzl R and Bickerton S (2017) Complete simulation process chain for the manufacturing of braided composite parts. Composites Part A 102:378–390
Hans T, Cichosz J, Brand M, Hinterhölzl R (2015) Finite element simulation of the braiding process for arbitrary mandrel shapes. Compos A: Appl Sci Manuf:124–132
Sun X, Kawashita LF, Wollmann T, Spitzer S, Langkamp A, Gude M (2018) Experimental and numerical studies on the braiding of carbon fibres over structured end-fittings for the design and manufacture of high performance hybrid shafts. Prod Eng 12:215–228
Grave G et al. (2009) Simulation of 3D overbraiding – solutions and challenges, Greenville, SC, USA
Boehler P (2019) Einzelfadenbasierte Modellierung von textilen Preform-Prozessen. Dissertation, University of Stuttgart
Page J, Wang J (2002) Prediction of shear force using 3D non-linear FEM analyses for a plain weave carbon fabric in a bias extension state. Finite Elem Anal Des:755–764
Gasser A, Boisse P, Hanklar S (1999) Mechanical behaviour of dry fabric reinforcements. 3D simulations versus biaxial tests. Comput Mater Sci 17:7–20
Potluri P, Sagar TV (2008) Compaction modelling of textile preforms for composite structures. Compos Struct 86(1–3):177–185
Green SD, Long AC, El Said BS, Hallett SR (2013) Numerical modelling of 3D woven preform deformations. Compos Struct 108:747–756
Thompson AJ, El Said B, Ivanov D, Belnoue JP-H, Hallett SR (2018) High fidelity modelling of the compression behaviour of 2D woven fabrics. Int J Solids Struct 154:104–113
Vinot M, Holzapfel M, Jemmali R (2015) "Numerical investigation of carbon braided composites at the Mesoscale: using computer tomography as a validation tool," in 10th European LS-DYNA Conference, Würzburg, Germany
Verpoest I, Lomov SV (2005) Virtual textile composites software WiseTex: integration with micro-mechanical, permeability and structural analysis. Compos Sci Technol 65(15-16):2563–2574
Long AC, Brown LP (2011) Modelling the geometry of textile reinforcements for composites: TexGen," Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, pp. 239–264
Tabatabaei SA, Lomov SV, Verpoest I (2014) Assessment of embedded elements technique in meso-FE modelling of fibre reinforced composites. Compos Struct 107:436–446
De Carvalho NV, Pinho ST, Robinson P (2012) Numerical modelling of woven composites: biaxial loading. Compos A: Appl Sci Manuf 43(8):1326–1337
Doitrand A, Fagiano C, Irisarri F-X, Hirsekorn M (2015) Comparison between voxel and consistent meso-scale models of woven composites. Compos A: Appl Sci Manuf 73:143–154
Grail G, Hirsekorn M, Wendling A, Hivet G, Hambli R (2013) Consistent finite element mesh generation for meso-scale modelling of textile composites with preformed and compacted reinforcements. Compos A: Appl Sci Manuf 55:143–151
Bauer C, Glatt E, Wiegmann A (2017) The prediction of mechanical properties of composites and porous materials based on micro-CT-scans and 3D material models, in NAFEMS World Congress, Stockholm, Sweden
Liu Y, Straumit I, Vasiukov D, Lomov SV, Panier S (2016) "Multi-scale material model for 3D composite using micro CT images geometry reconstruction," in 17th European Conference on Composite Materials (ECCM), Munich, Germany
Toho Tenax (2010) Datasheet of yarn material HTS40. https://www.swiss-composite.ch/pdf/t-Tenax-Datenblatt.pdf. Accessed 14 June 2019
Cherif C (2011) Textile Werkstoffe für den Leichtbau - Techniken. Springer-Verlag, Verfahren, Materialien, Eigenschaften, Berlin, Heidelberg
Siebertz K, van Bebber D, Hochkirchen T (2010) Statistische Versuchsplanung - Design of Experiments (DoE). Springer, Berlin
Miene A, Herrmann AS, Göttinger M (2008) Quality assurance by digital image analysis for the preforming and draping process of dry carbon Fiber material, in SAMPE Europe International Conference and Forum, Paris, France
Miene A, Heumüller M, Weiland F, Weimer C (2011) Quality assurance system for aircraft structural profile preforms, in SETEC 11., Leiden, Netherlands
Cichosz JA (2016) Experimental characterization and numerical modeling of the mechanical response for biaxial braided composites. Dissertation, Technische Universität München
Nasdala L (2015) FEM-Formelsammlung Statik und Dynamik. Springer Vieweg, Wiesbaden
Cornelissen B, Akkerman R 2009 Analysis of yarn bending behaviour, in 17th International Conference on Composite Materials (ICCM 17), Edinburgh, United Kingdom
Gere J, Timoshenko S (1997) Mechanics of materials, 4th edition. PWS Publishing Company, Boston
Livermore Software Technology Corporation (2019) LS-DYNA theory manual. https://www.lstc.com/download/manuals. Accessed 20 March 2019
Nilakantan G, Cox B, Sudre O (2017) Generation of realistic stochastic virtual microstructures using a novel thermal growth method for woven fabrics and textile composites, in American Society for Composites 32nd Technical Conference, West Lafayette