Buigkracht van recycled composietmateriaal

[Alex Avenue]

Beste mensen,

Ik ben bezig met een project over het recyclen van composiet materialen, gemaakt van een thermoharder. Dit willen wij door het materiaal in kleine strips te zagen. De strips willen we dan ordenen in een mal om vervolgens met vacuum injectie een plank te maken. Nu vragen wij ons af hoe we deze strips moeten plaatsen en hoe we dat op een verantwoordde wijze kunnen doen.  

Nu hebben we het idee dat, om iets over deze situatie te kunnen zeggen, het project gesplitst moet worden in twee delen, namelijk onderzoeken hoe ver strip connectie punten van elkaar af moeten liggen voor de beste krachtverdeling en hoe ver de uitgevoerde kracht weg moet liggen van het verwachte zwakte punt (het punt onder in de plank waar twee strips samen komen, de hars heeft een zwakkere afschuif sterkte dan de strip) om vroegtijdige breuken te voorkomen.

De eerst test waarbij de strip connectie punten steeds verder uit elkaar moeten staan is visueel gemaakt op de onderste twee afbeeldingen. Belangrijk is dat de kracht altijd op hetzelfde referentie punt staat, namelijk het punt dat boven het punt staat dat het snelste breekt van het materiaal (het verwachte zwakte punt). We beginnen de test met een afstand van nul, dus alle connectie punten staan precies onder elkaar, daarna lopen we op met bepaalde stappen. We verwachten dat het steeds meer kracht kost om de plaat te breken. Ons doel is te onderzoeken of de kracht proportioneel of misschien exponentieel stijgt met betrekking tot de verplaatsing. Met deze gegevens kan je het verband tussen de grootheden berekenen. Met dit verband kan je dan de krachtenverdeling van dit soort constructies berekenen.

Nu hopen wij door middel van berekeningen een hypothese te kunnen stellen. Met deze hypothese kunnen we een goed idee hebben hoe de buigtesten zullen verlopen. Echter, weten we niet zeker waar wij moeten beginnen met het vaststellen van deze hypothese. Wij kunnen de materiaal gegevens voor de polyester hars, die we tijdens de vacuüm injectie hebben gebruikt, achterhalen als dat nodig is. Graag horen we of iemand ons een stap in de goeie richting kan bieden. Alvast bedankt.

Met vriendelijke groet,

Alex

[boertje125]

bij een kleine belasting zal het waarschijnlijk nauwelijks uitmaken omdat eerst de voeg tussen de koppen van de elementen in de onderste laag moet bezwijken voordat het lengteverschil van de overlappingen een rol gaat spelen.

[xansid]

Is de thermoharder zelf wel isotroop? Zou je computersimulaties mogen gebruiken om de hypothese te maken?

Dit is een heel lastige vraag want ik denk dat het faalmechanisme van de plank nogal afhangt van hoe de hars zich gedraagt.

[Alex Avenue]

bij een kleine belasting zal het waarschijnlijk nauwelijks uitmaken omdat eerst de voeg tussen de koppen van de elementen in de onderste laag moet bezwijken voordat het lengteverschil van de overlappingen een rol gaat spelen.

Beste boertje,
We hebben hiervoor al soortgelijke testen met dezelfde soort planken gedaan. En tijdens de test braken de test blokken bij een gemiddelde kracht van 7kN.
 
Op de afbeelding hieronder had blok 2 de meeste kracht opgevangen omdat er geen strip eindes bij elkaar komen op de bodem van de plank. Het was een doorlopende strip en daarom was hij waarschijnlijk gemiddeld 2kN sterker dan de rest. Bij de andere testen kon de hars makkelijker breken en dit zorgt voor delaminatie. Nu hebben we het idee dat dit te maken heeft met de afschuifsterkte van polyester. Maar zelfs als we hier achter komen weten we nog niet hoe we hiermee een hypothese kunnen maken.

[Alex Avenue]

Is de thermoharder zelf wel isotroop? Zou je computersimulaties mogen gebruiken om de hypothese te maken?

Dit is een heel lastige vraag want ik denk dat het faalmechanisme van de plank nogal afhangt van hoe de hars zich gedraagt.

Bedankt voor je reactie xansid, Is het zo dat de thermoharder van nature isotroop kan zijn? ik dacht dat de ketenorientatie te maken had met de verwerkingmethode zoals in dit geval vacuüm injectie. Maar, ik ga dit na vragen, want ja idd niet elke kunststof zal deze eigenschap hoeven hebben. Ik zou zeker computersimulaties mogen doen, als je een voorstel kan geven over welk programma dit zou kunnen simuleren zou ik dat echt super vinden. Maar idd hoe de hars zich gedraagt is het lastigste probleem en ik weet niet hoeveel hier al over bekend is. Maar als ik al iets over een verwachting van de kracht verdeling kon hebben zou dat al goed zijn. Ik denk dat het breken van de hars met zijn afschuifsterkte te maken kan hebben, maar als ik dit gegeven zou hebben weet ik ook niet goed hoe ik hiermee verder zou moeten. 

[xansid]

Ik hoopte eigenlijk dat een ander forumlid met wat meer constructie ervaring je zou helpen. Maar helaas.
 
Ik zit te denken aan een eindige elementen software pakket als Ansys om dit te modelleren. Sommige pakketten zijn in staat om meerdere materialen te combineren, dan zou je met wat aannames over de materiaaleigenschappen een goede schatting kunnen maken.
 
Een alternatief is om de hars met veertjes te modelleren en de thermoharder als balkelementjes. Dan kan je met simpele elementjes een ingewikkeld netwerk van gekoppelde vrijheidsgraden maken, waarmee de krachten via veertjes (de hars) op de balkelementen (de thermoharder) worden overgedragen. Dit moet je dan zelf uittekenen en vervolgens programmeren in bijv. Python of MATLAB. Of misschien bestaat er wel software waarin je dat grafisch kan doen (ik vermoed van wel, ik ken ze alleen zelf niet)
 
Ik zie zelf even geen simpelere methodes om dit aan te pakken. Het is ook een erg ingewikkeld probleem... Misschien is het aan te raden om al je aandacht op het experimentele deel te richten.