Validation Multi - échelle de l'expérimentation in situ à la simulation numérique

Stretching in situ et observation SEM

Visualisez le processus d'étirage en temps réel sous vide réduit à l'aide d'un miroir électrique à balayage de table phenom XL combiné à une table d'échantillon étirée. La vitesse de chargement est de 0033 mm / min et la traction et le déplacement sont enregistrés en temps réel.

Les résultats montrent:

• La courbe de traction est en phase élastique - phase non linéaire - rupture rapide en trois phases;

• Traction maximale d'environ 158 N, correspondant à un allongement de 0636 mm, suivie d'une défaillance rapide;

• La vidéo SEM révèle le processus d'éruption et de propagation des microfissures, et l'observation de la coupure montre un grand nombre d'extractions de fibres avec un décollement de l'interface, validant les caractéristiques de rupture fragile du matériau.

Figure 10: traction in situ – courbe de déplacement

Figure 11: image du miroir électrique à balayage de surface de coupure

Figure 12: champ de déformation axiale eyy superposé à une trame de miroir électrique de balayage

Analyse de corrélation d'image numérique (DIC)

L'analyse DIC 2D de la vidéo SEM est mise en œuvre via le logiciel avizo pour calculer le champ de déplacement de surface par rapport au champ de déformation.

Résultats trouvés:

• La déformation axiale principale eyy forme une bande de forte déformation inclinée de 5° vers la partie supérieure;

• Propagation rapide des fissures dans la zone de déformation, conduisant finalement à des fractures macroscopiques;

• Le champ de déformation expérimental est très cohérent avec les résultats de la simulation par éléments finis, validant la précision de la méthode de modélisation.

Figure 13: grille d'éléments finis par rapport à la région DIC (boîte rouge)

Figure 14: courbe de variation de déformation en fonction du déplacement

Figure 15: résultats de simulation par éléments finis d'éléments de volume représentatifs

Modélisation et simulation numériques

Modélisation avec la plateforme ANSYS Workbench:

1. Modèle d'entrée de tenseur d'orientation des fibres dérivé par CT

2. Création de cartes en plastique élastique anisotrope dans Material Designer

3. Mapper les tenseurs à un système de coordonnées local d'une grille d'éléments finis, permettant de modifier les propriétés du matériau en fonction de l'orientation des fibres

Figure 16: schéma d'interpolation de la carte de matériau avec le tenseur d'orientation

Figure 17: schéma de l'échantillon standard pour l'étalonnage des matériaux

Figure 18: modèle de matériau final (soumission anisotrope vs durcissement)

Figure 19: grille et réglages de traction modélisés par SFRC

Figure 20: résultats de la cartographie des tenseurs d'orientation des fibres

Figure 21: résultats de la simulation de la répartition axiale des déformations

conclusion

L'étude démontre une approche de caractérisation complète allant de la récupération des matières premières, de l'impression 3D, de l'imagerie microscopique à la modélisation numérique. La description précise et la prédiction des performances des composites en fibre de carbone recyclée ont été obtenues grâce à l'intégration de la microtométrie, de la microscopie à balayage, de la DIC et de l'analyse par éléments finis.

Cette approche conduit non seulement à des applications industrielles de matériaux composites durables, mais fournit également des exemples de conception prédictive de matériaux et de fabrication verte. À l'avenir, les fabricants pourront concevoir en toute confiance des composants composites qui combinent performance et respect de l'environnement grâce à des analyses intégrées similaires.