Go to page
 

Bibliographic Metadata

Title
Modelling & simulation of continuous fibrereinforced thermoplastic-matrix composites / eingereicht von: Dipl.-Ing. Martin Machado
AuthorMachado, Martin
CensorMajor, Zoltan ; Antretter, Thomas
PublishedLinz, Dezember 2015
DescriptionVII, 150 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2015
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Organoblech / Gewebeverstärkte / Thermoplastische Matrix / Umformen / Finite Elemente / Digitale Bildkorrelation / Dynamisch-mechanisch-thermische Analyse (DMTA) / Unidirektionale Tapes / Kohlefaser / Festigkeit
Keywords (EN)prepreg / woven-reinforced /thermoplastic matrix / forming / finite element / digital image correlation (DIC) / dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) / unidirectional tapes / carbon fibre / strength
Keywords (GND)Verbundwerkstoff / Thermoplast / Gewebeverstärkter Kunststoff / Stoffgesetz / Polyamid 6 / Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff / Stoffgesetz
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-7001 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
Modelling & simulation of continuous fibrereinforced thermoplastic-matrix composites [85.1 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Zwei Materialtypen wurden in dieser Dissertation analysiert, nämlich gewebeverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe sowie ein unidirektionales kohlefaserverstärktes Polyamid 6 Tape. Im Feld der Umformsimulation wird ein nicht orthogonales raten- und temperaturabhängiges Materialmodell vorgestellt, um das Scherverhalten von gewebeverstärkten Faserverbundwerkstoffen zu beschreiben. Das Modell wurde in Bezug auf eine objektive Spanungsableitung formuliert, welche die Rotation von Kett- und Schussfäden berücksichtigt. Scherverhalten von einem kommerziellen Polypropylen-Glasfaser Laminat wurde mittels Bias-Extension-Tests in einem breiten Bereich von Temperaturen und Prüfgeschwindigkeiten analysiert. Das vorgeschlagene Modell ist in der Lage das beobachtete Verhalten gut zu beschreiben. Unter Verwendung einer Benutzermaterial-Subroutine wurde das Modell in Abaqus/Explicit implementiert und durch Vergleich zwischen experimenteller und numerischer Scherwinkelverteilung in einer umgeformten Halbkugeloberfläche validiert. In dieser Dissertation wird ein neuer Ansatz präsentiert, um die Steifigkeit von gewebeverstärkten Verbundwerkstoffen zu charakterisieren. Das Verhalten von vier kommerziellen Materialien wurde durch dynamische mechanische Thermoanalyse untersucht. Weiters wurde ein einfaches orthotropes viskoelastisches Modell, welches Prony-Serien verwendet um die Zug- und Schubmodule zu beschreiben, vorgestellt und seine rechnerische Implementierung in Abaqus/Standard im Detail ausgearbeitet. In Bezug auf die unidirektionalen Tapes lag der Fokus auf dem Tapelegeprozess. Unter Tapelegen versteht man das Platzieren von unidirektionalen Patchs, um die mechanischen Eigenschaften eines Bauteils zu optimieren. Unabhängig von der Faseroptimierungsstrategie erscheinen Tape-Tape Verbindungen unvermeidlich bei diesem Prozess. Konsequenterweise ist es erforderlich zu wissen, ob die Überlappungsgeometrie und der Hertellungsdruck einen Einfluss auf die Festigkeit entlang des verstärkten Pfades haben. Mehrere Single-Lap-Verbindungen mit rechteckigen und runden Überlappungsgeometrien und selber Überlappungsoberfläche wurden bei verschiedenen Hertellungsdrücken produziert und unter Zugbelastung geprüft. Folglich wurde das Hashin-Versagenskriterium verwendet, um den Ausfall der Verbindungen zu modellieren.

Abstract (English)

Two types of materials are analysed in this thesis, namely woven-reinforced thermoplastic-matrix composites and a unidirectional carbon fibre-reinforced polyamide 6 tape. The studies here presented on woven-reinforced thermoplastic-matrix composites can be divided in two parts: forming simulation and material stiffness. In the field of forming simulation, a non-orthogonal rate- and temperature-dependent model for describing the shear behaviour of woven composites during forming is here presented. Its formulation is written in terms of an objective stress derivative based on the warp and weft yarn rotations. Shear behaviour of polypropylene / roving glass fibre commercial laminate was analysed by means of bias extension test for a wide range of temperatures and test speeds. The proposed model describes well the observed behaviour. Using a user material subroutine the model was implemented in Abaqus/Explicit and validated by comparing experimental and numerical shear angle distribution obtained by forming of a hemispherical surface. A novel approach to characterize the stiffness of woven-reinforced thermoplastic-matrix composites is here presented. The behaviour of four commercial grades was analysed using dynamic mechanical thermal analysis at typical temperatures of automotive applications. A simple orthotropic viscoelastic model using Prony series to describe the tensile and shear moduli was presented and its computational implementation in Abaqus/Standard is detailed. Regarding unidirectional tapes the focus was placed on the tape placement process. Tape placement consists of placing unidirectional patches in order to tailor the mechanical properties of a component. Independently of the strategy use to optimize the fibre orientation, tape-to-tape joints appear in this process inevitably. Consequently, it is mandatory to know if the geometry of this overlaps, and the pressure used to produce them has an influence on the strength along the reinforced path. Several single-lap-joint assemblies with rectangular and rounded overlaps of the same overlap were prepared employing a variety of forming pressures and tested under tension. Hashin failure criterion was used to model the failure of the assemblies.