Process Induced Residual Stress in Thermoset Polymer with Metallic Insert
Author
Jørgensen, Jens Grandjean
Term
4. term
Education
Publication year
2014
Submitted on
2014-06-03
Pages
85
Abstract
Dette projekt undersøger, hvordan fremstillingsprocessen skaber deformation (tøjning) og indbyggede restspændinger i en simpel epoxiprøve med en stålindsats. Arbejdet kombinerer forsøg og numeriske beregninger. Under hærdningen udføres in-situ målinger med digital billedkorrelation (DIC, en kamerabaseret metode der følger små bevægelser på overfladen) for at bestemme den gennemsnitlige tøjning, som efterfølgende opdeles i et termisk bidrag og et kemisk bidrag. Restspændingerne i prøven vurderes med fotoelasticitet (polariseret lys, der gør spændinger synlige i gennemsigtige materialer). Da temperaturen ændrer sig over tid, kan den sædvanlige spændings-optiske lov ikke bruges. I stedet vurderes ændringen i det fotoelastiske signal, når stålindsatsen fjernes, hvilket giver et godt estimat af restspændingen ved processens afslutning. Prøven beskrives også teoretisk med en numerisk model baseret på den finit element metode (FEM), kodet i MATLAB, som inkluderer hærdningsforløbet og materialeegenskaber, der afhænger af hærdningsgrad og temperatur. Der er implementeret forskellige materialemodeller: elastiske, viskoelastiske og pseudo-viskoelastiske. Modellen giver tøjninger, der stemmer meget godt overens med DIC-målingerne. For spændinger giver den pseudo-viskoelastiske CHILE-model (cure hardening instantaneously linearly elastic), som behandler materialet som øjeblikkeligt lineært elastisk med stigende stivhed under hærdningen, en rimelig overensstemmelse med de fotoelastiske målinger.
This project investigates how the manufacturing process creates deformation (strain) and locked-in residual stresses in a simple epoxy specimen containing a steel insert. The study combines experiments and numerical simulations. During curing, in-situ measurements with digital image correlation (DIC, a camera-based method that tracks tiny surface motions) provide the average strain, which is then separated into thermal and chemical contributions. Residual stress is assessed using photoelasticity (polarized light that makes stress patterns visible in transparent materials). Because temperature changes over time, the usual stress–optical law does not apply. Instead, the change in the photoelastic response is evaluated when the steel insert is removed, providing a good estimate of the final residual stress. The specimen is also analyzed with a numerical model based on the finite element method (FEM), coded in MATLAB, which includes the curing process and material properties that depend on degree of cure and temperature. Several material models are implemented: elastic, viscoelastic, and pseudo-viscoelastic. The model’s predicted strains agree very well with the DIC measurements. For stresses, the pseudo-viscoelastic CHILE model (cure hardening instantaneously linearly elastic), which treats the material as instantaneously linear-elastic while its stiffness increases during cure, shows reasonable agreement with the photoelastic measurements.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents