Optimieren Sie die Eigenschaften von Konstituenten.

Im ersten Schritt der MCT-Materialcharakterisierung werden die In-situ-Eigenschaften so optimiert, dass das mikromechanische Finite-Element-Modell homogenisierte Verbundmaterialeigenschaften prognostiziert, die mit gemessenen Eigenschaften des tatsächlichen Verbundmaterials übereinstimmen. Es wird angenommen, dass jeder Zugspannungsmodul gleich dem entsprechenden Druckspannung-ModulCIR ist.

Während der Optimierung der hier erörterten In-situ-Eigenschaften der Konstituenten wird für die Matrix- und Faserkonstituenten angenommen, dass es sich um querisotrope MaterialienCIR handelt. Um mit dem Optimierungsprozess zu beginnen, werden die Anfangswerte für die In-situ-Eigenschaften der Konstituenten durch Rückgriff auf die gemessenen Konstituenteneigenschaften bestimmt.

Die In-situ-Eigenschaften der Konstituenten werden so gewählt, dass die (vom mikromechanischen Finite-Element-Modell prognostizierten) homogenisierten Verbundeigenschaften mit den acht gemessenen Verbundeigenschaften im Sinne einer gewichteten Approximation (Methode der kleinsten Quadrate) übereinstimmen.

Beispiel: Bestimmung der In-situ-Eigenschaften für ein glasfaserverstärktes Polyester (D155/CoRezyn®63-AX-051 OrthoPolyester)

Für die Zwecke dieses Beispiels ist das Vertrauen in den gemessenen Wert von nicht hoch, sodass dieser Term bei der Fehlerminimierung nicht berücksichtigt wird. Um dies zu erreichen, setzen Sie die "Gewichtung" dieses Terms in der Fehlerberechnung auf null.

Gemessene Verbundeigenschaften von D155/CoRezyn®63-AX-051 OrthoPolyester:

Faservolumenanteil = 0.36

= 28.3 GPa, = = 7.75 GPa

= = 3.3 GPa, = 2.55 GPa

= = 0.32, = 0.44

Gemessene Bulk-Matrixeigenschaften für CoRezyn®63-AX-051 OrthoPolyester (oder die Anfangswerte der In-situ-Matrixeigenschaften):

= = = 3.8 GPa

= = = 1.407 GPa

= = = 0.35

Gemessene Bulk-Fasereigenschaften für D155 Glasfaser (oder die Anfangswerte der In-situ-Fasereigenschaften):

= = = 74.0 GPa

= = = 30.8 GPa

= = = 0.2

Wenn das mikromechanische Finite-Element-Modell in Verbindung mit den gemessenen Bulk-Konstituenteneigenschaften verwendet wird, werden die folgenden Verbundeigenschaften prognostiziert:

Das Optimierungsverfahren produziert die folgenden Werte für die In-situ-Eigenschaften der Konstituenten.

Optimierte In-situ-Matrixeigenschaften:

= 3.8 GPa, = = 3.75 GPa

= = 1.681 GPa, = 1.403 GPa

= = 0.393, = 0.335

Optimierte In-situ-Fasereigenschaften:

= = = 72.1 GPa

= = = 31.2 GPa

= = = 0.219

Bei Verwendung der optimierten In-situ-Konstituenteneigenschaften liefert das mikromechanische Finite-Element-Modell die folgenden prognostizierten Ergebnisse für die Verbundeigenschaften.

Im Allgemeinen bewirkt die Verwendung von optimierten In-situ-Konstituenteneigenschaften (im Gegensatz zu gemessenen Bulk-Konstituenteneigenschaften), dass das mikromechanische Finite-Element-Modell homogenisierte Verbundeigenschaften prognostiziert, die weit stärker mit den tatsächlich gemessenen Verbundeigenschaften übereinstimmen. Von den sechs gemessenen Verbundeigenschaften (, = , = , , = , ) sind und die einzigen, die weniger Übereinstimmung mit den gemessenen Werten nach dem Abschluss der Optimierung zeigen. Die zunehmende Diskrepanz zwischen den gemessenen und den prognostizierten Werten von und verdankt sich einfach dem Umstand, dass ihnen Gewichtungskoeffizienten von null zugewiesen werden. Dadurch wird verhindert, dass diese beiden Eigenschaften bei der Optimierung berücksichtigt werden. Der Grund für diese Entscheidung war, dass die gemessenen Werte von und für dieses Verbundmaterial als erheblich weniger genau eingestuft wurden als die anderen Verbundeigenschaften (diese Einschätzung war der Grund für eine gewichtete Optimierung).