Multiscale simulation methodology for the forming behavior of biaxial weft-knitted fabrics

Trotz der guten Drapierbarkeit ist das Formen von flachen Mehrlagen-Gestricken (MLG) zu 3D-Preforms für schalenartige Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) Bauteile immer noch eine Herausforderung, da einige Defekte wie Falten, Gassenbildung oder Faserschäden nicht vollständig vermieden werden können. Daher ist vor der Massenproduktion eine Optimierung erforderlich. Die virtuelle Optimierung des Umformprozesses mit Hilfe von Finite-Element-Methode (FEM) Modellen ist ein attraktiver Ansatz, da die Rechenkosten immer geringer werden. Dazu wurde ein auf Kontinuumsmechanik basierendes Makromodell erfolgreich für MLG implementiert. Der makroskalige Modellierungsansatz bietet angemessene Rechenkosten und kann gängige Defekte wie Faltenbildung vorhersagen. Weitere Defekte wie Faserversatz, ondulierte Fasern, Knicken von Fasern, Faserschädigung und Gassenbildung können jedoch mit dem Makromodell nicht vorhergesagt werden. Da die Komplexität von Bauteilen aus FKV und die Qualitätsanforderungen an die 3D-Preforms zunehmen, sind FEM-Modelle mit höherem Darstellungsgrad erforderlich. Im am weitesten entwickelten mesoskaligen FEM-Modell für MLG verhindert die zu starke Vereinfachung des Strickfadensystems mit Federelementen jedoch die Fähigkeit dieses FEM-Modells, Faserverschiebungen und Gassenbildung bei großer Verformung zu beschreiben, wobei das Gleiten zwischen den Fäden berücksichtigt werden muss. Ziel ist daher die Entwicklung, Validierung und Anwendung eines mesoskaligen FEM-Modells für MLG, um die derzeitigen Einschränkungen zu überwinden. Es werden neue Modellierungsstrategien für biaxiale MLG auf der Mesoskala entwickelt. Die mechanischen Eigenschaften von MLG werden durch eine Reihe von textilphysikalischen Prüfungen charakterisiert und analysiert, die alle notwendigen Daten für den Aufbau sowie die Validierung der FEM-Modelle liefern. Es sollen zwei Ansätze zur Modellierung des Verstärkungsgarns implementiert und verglichen werden: durch Balken- und durch Schalenelemente. Die validierten Modelle können für die Umformsimulation verwendet werden. Es folgt eine Benchmark-Studie über die Kapazität und Zuverlässigkeit der verfügbaren Makromodelle und der entwickelten Mesomodelle durch Umformsimulation. Als Grundlage für die Benchmark-Studie werden Umformversuche durchgeführt. Das zweite Ziel der Arbeit ist die Modellierung von FKV auf verschiedenen Skalen. Die Modellierung von FKV auf der Makroebene wird mit den Daten der Faserorientierung durchgeführt, die aus der Umformsimulation gewonnen werden. Eine Mapping-Methode hilft dabei, die vorhergesagte Faserorientierung aus der Umformsimulation von dem MLG Mesomodell auf das FKV-Makromodell zu übertragen. Um den FKV zu charakterisieren und die Parameter für das FKV Modell vorzubereiten, werden Versuche mit FKV durchgeführt und ausgewertet. Basierend auf dem Mesomodell des MLG wird eine weiteres FKV-Modell vorgeschlagen, wobei Garn und Matrix getrennt modelliert werden. Dieses mesoskalige FKV-Modell enthält auch eine Kontaktformulierung, mit der die Delamination im FKV-Bauteil vorhergesagt werden kann. Prüfungen von Schale-Rippen Strukturen dienen als Grundlage für die Modellvalidierung. Das validierte Modell wird erfolgreich zur Vorhersage des mechanischen Verhaltens weiterer Schale-Rippen Strukturen mit unterschiedlicher Höhe und Anordnung der Rippen verwendet.:Kapitel 1 stellt die Einleitung und Problemstellung von dem Thema FKV vor. Kapitel 2 gibt eine Übersicht über Stand-der-Technik von den Hochleistungsfasern, Herstellung von textilen Verstärkungen und Halbzeugen, Fertigung von FKV sowie von Prüftechnik für Textilien und FKV. Zunächst wurden in Kapitel 3 eine Einführung in die Modellierung mit FEM allgemein und Stand-der-Technik der Modellierung von technische Textilien gegeben. In Kapitel 4 wurden die Zielsetzung und das Forschungsprogramm festgelegt. Die experimentellen Arbeiten werden in Kapitel 5 vorgestellt. Der erste Schritt ist die Auswahl des Materials und der Konfiguration für die MLG. Sowohl das Ausgangsmaterial als auch die produzierten MLG sollten systematisch getestet werden. Als Referenz wird auch ein Leinwandgewebe in die Prüfprogramme aufgenommen. Neben der Charakterisierung von textilen Flächengebilden sollen auch deren gleichwertige FKV geprüft werden. Das erste Ziel des Forschungsprogramms wird in Kapitel 6 erreicht, wobei verschiedene Ansätze zur Modellierung von MLG vorgestellt und validiert werden. Die entwickelten und validierten FEM-Modelle werden für die Benchmark-Studie der Umformsimulation in Kapitel 7 verwendet. Kapitel 8 befasst sich mit der Modellierung von FKV in verschiedenen Skalen. Zunächst wird das Mapping-Verfahren vorgestellt. Es wird ein Mapping für ein schalenförmiges T-Napf-Bauteil durchgeführt. Die trukturanalyse für das T-Napf-Bauteil erfolgt für übliche Lastfälle. Zweitens wird ein mesoskaliges FEM Modell für MLG-verstärkte FKV vorgeschlagen. Dieses Modell wird auf der Grundlage der Prüfdaten aus Kapitel 5 validiert. Das validierte Modell wird dann zur Vorhersage des mechanischen Verhaltens eines Schale-Rippen-FKV-Bauteils unter Biegebelastung verwendet. Kapitel 9 gibt eine Zusammenfassung von den Forschungsergebnissen und Vorschlägen für mögliche weitere Forschungen rund um dem Thema MLG als Verstärkung für FKV. Die Kombination von vorhandenen Makro-und Mesomodellen in einer einzigen Simulation kann die Berechnungskosten senken, ohne die Vorhersagenfähigkeiten des Modelles kompromittiert zu werden

Contrôle de la fabrication des composites par injection sur renforts

RÉSUMÉ: Les procédés de mise en forme des composites par injection sur renforts (LCM) sont de plus en plus utilisés pour fabriquer des composites à haute performance. Lors d’une mise en oeuvre par les procédés LCM, le renfort fibreux sec est tout d'abord drapé à l’intérieur d’un moule. Après la fermeture du moule ou le recouvrement du renfort par une membrane, une résine polymère est injectée ou infusée sous vide à travers le renfort. Les renforts fibreux couramment utilisés dans les procédés LCM possèdent généralement une structure à porosité bimodale: des pores microscopiques existent entre les filaments dans les mèches de fibres, tandis que des pores macroscopiques sont créés entre les mèches suite à la couture ou au tissage du tissu. À l’échelle microscopique, les forces capillaires à l’intérieur des mèches fibreuses jouent un rôle majeur sur la qualité des composites fabriqués par injection de résine. En effet, les forces capillaires régissent l’apparition de défauts d’imprégnation du renfort par emprisonnement d’air. Ces défauts sont critiques car ils ont un impact négatif sur les performances mécaniques des pièces composites au cours de leur vie en service. Toutefois, très peu de données expérimentales sont disponibles sur la formation de ces défauts microscopiques et macroscopiques. De telles données seraient utiles pour les ingénieurs qui veulent accroître l’efficacité, la productivité et la robustesse des procédés d’injection sur renforts. Par conséquent, une approche expérimentale multi-échelle est présentée dans cette thèse afin de mieux comprendre la physique fondamentale des phénomènes d’imprégnation et d’emprisonnement d’air dans les renforts fibreux à porosité bimodale et ainsi proposer des solutions pratiques pour les ingénieurs en contrôle de procédé. Dans un premier temps, un montage est développé pour étudier la saturation des renforts fibreux à l’échelle macroscopique, durant le moulage des composites par transfert de résine (RTM). Ce montage permet de déterminer les paramètres qui gouvernent la qualité de l’imprégnation des renforts fibreux lors de l’étape du remplissage et pendant les stratégies industrielles de post-remplissage (purge du moule et consolidation). Ces paramètres sont identifiés à l’aide de trois plans d’expérience. Il s’agit de la vitesse d’avancée du front de résine, de la pression appliquée aux ports d’injection et du débit d’écoulement de la résine lors de la purge du moule. L’analyse effectuée dans ces plans d’expérience s’appuie sur une procédure ASTM standard de détermination de la teneur en vides dans les pièces composites par carbonisation.----------ABSTRACT: Liquid Composite Molding (LCM) is an increasingly used class of processes to manufacture high performance composites. In LCM, the fibrous reinforcement is first laid in a mold cavity. After closure of the mold or covering of reinforcement with a plastic bag, a polymer resin is either injected or infused under vacuum through the fiber bed. The engineering fabrics commonly used in LCM possess generally dual scale architecture in terms of porosity: microscopic pores exist between the filaments in the fiber tows, while macroscopic pores appear between the tows as a result of the stitching/weaving fabrication process. On a microscopic scale, capillary flows in fiber tows play a major role on the impregnation quality of composites made by resin injection through fibrous reinforcements. Indeed, the capillary forces control the formation of impregnation defects in the fibrous reinforcement as a result of mechanical air entrapment. These defects are critical because they have a negative impact on the mechanical performance of composite parts during their operating life. However, very little experimental data are available in the literature on the formation of these microscopic and macroscopic impregnation defects. Such data would be useful for process engineers that want to increase efficiency, productivity and robustness of LCM processes. Therefore, a multiscale study is presented in this thesis in order to better understand the fundamental physics of impregnation and air entrapment phenomena in dual scale fibrous reinforcements and thus propose practical solutions for process control engineers. First of all, an experimental setup is developed to study the saturation of fibrous reinforcements, at the macroscopic scale, during the Resin Transfer Molding (RTM).This setup is used to determine some key parameters of the part filling step and industrial post-filling strategies (mold bleeding and consolidation) that control the impregnation quality of fibrous reinforcements. These key parameters are identified using three series of experiments. These parameters are the flow front velocity, the inlet mold pressure and the bleeding flow rate. The analyses in these three series of experiments are based on an ASTM standard procedure for void content determination in the composite parts by carbonization (also called loss on ignition (LOI))

Microplastics Degradation and Characterization

In the last decade, issues related to pollution from microplastics in all environmental compartments and the associated health and environmental risks have been the focus of intense social, media, and political attention worldwide. The assessment, quantification, and study of the degradation processes of plastic debris in the ecosystem and its interaction with biota have been and are still the focus of intense multidisciplinary research. Plastic particles in the range from 1 to 5 mm and those in the sub-micrometer range are commonly denoted as microplastics and nanoplastics, respectively. Microplastics (MPs) are being recognized as nearly ubiquitous pollutants in water bodies, but their actual concentration, distribution, and effects on natural waters, sediments, and biota are still largely unknown. Contamination by microplastics of agricultural soil and other environmental areas is also becoming a matter of concern. Sampling, separation, detection, characterization and evaluating the degradation pathways of micro- and nano-plastic pollutants dispersed in the environment is a challenging and critical goal to understand their distribution, fate, and the related hazards for ecosystems. Given the interest in this topic, this Special Issue, entitled “Microplastics Degradation and Characterization”, is concerned with the latest developments in the study of microplastics

Harvested and Grown: the rise of a new bio-materiality

Keynote abstract: We are in the midst of a transition from the industrial revolution to a biological revolution and this will have a great impact on what and how we design in the future. Not only we can acknowledge the advantage of biological systems in terms of zero waste, minimum use of energy and materials, but with synthetic biology, we can now ‘biofabricate’ like Nature does. Leather grown in a lab, yeast reprogrammed to produce silk, bacteria that grow a shoe, are but a few examples of current biotechnological breakthroughs. This keynote will map out the current landscape of biodesign and examine the rise of this new bio-materiality and its implication on design research. From botanical experiments to synthetic biology propositions, this paper will present a series of design case studies that question the notion of ‘knowledge making’ in the context of working with living systems. What becomes of the design process when working with living materials? If we can turn a yeast into a living factory, what language will designers need to learn? Could the intersection of design and biology lead to novel sustainable fabrication processes? What are the ethical implications of biofabrication

Tematski zbornik radova međunarodnog značaja. Tom 3 / Međunarodni naučni skup "Dani Arčibalda Rajsa", Beograd, 1-2. mart 2013

The Thematic Conference Proceedings contains 138 papers written by eminent scholars in the field of law, security, criminalistics, police studies, forensics, medicine, as well as members of national security system participating in education of the police, army and other security services from Russia, Ukraine, Belarus, China, Poland, Slovakia, Czech Republic, Hungary, Slovenia, Bosnia and Herzegovina, Montenegro, Republic of Srpska and Serbia. Each paper has been reviewed by two competent international reviewers, and the Thematic Conference Proceedings in whole has been reviewed by five international reviewers. The papers published in the Thematic Conference Proceedings contain the overview of con-temporary trends in the development of police educational system, development of the police and contemporary security, criminalistics and forensics, as well as with the analysis of the rule of law activities in crime suppression, situation and trends in the above-mentioned fields, and suggestions on how to systematically deal with these issues. The Thematic Conference Proceedings represents a significant contribution to the existing fund of scientific and expert knowledge in the field of criminalistic, security, penal and legal theory and practice. Publication of this Conference Proceedings contributes to improving of mutual cooperation between educational, scientific and expert institutions at national, regional and international level

Best available techniques (BAT) reference document on surface treatment using organic solvents including preservation of wood and wood products with chemicals: Industrial Emissions Directive 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and Control)

The Best Available Techniques (BAT) Reference Document (BREF) on Surface Treatment using Organic Solvents including Preservation of Wood and Wood Products with Chemicals is part of a series of documents presenting the results of an exchange of information between EU Member States, the industries concerned, non-governmental organisations promoting environmental protection, and the Commission, to draw up, review and – where necessary – update BAT reference documents as required by Article 13(1) of Directive 2010/75/EU on Industrial Emissions (the Directive). This document is published by the European Commission pursuant to Article 13(6) of the Directive. The BREF on Surface Treatment Using Organic Solvents including Preservation of Wood and Wood Products with Chemicals covers the surface treatment of substances, objects or products using organic solvents as well as the preservation of wood and wood products using chemicals as specified in Sections 6.7 and 6.10 of Annex I to Directive 2010/75/EU respectively. Important issues for the implementation of Directive 2010/75/EU in the surface treatment using organic solvents (STS) and the wood preservation with chemicals (WPC) sectors are emissions to air and water as well as energy and water consumption. Chapter 1 provides general information on the STS sector and on the main environmental issues associated with their use. Chapters 2 to 14 give the applied processes, current emission and consumption levels, techniques to consider in the determination of BAT for the STS sectors that are covered by these chapters. Chapter 15 provides general information, applied processes, current emission and consumption levels, techniques to consider in the determination of BAT for the wood preservation sector. Chapter 16 provides thumbnail descriptions of additional STS sectors, for which a data collection via questionnaires has not been carried out. General techniques to consider in the determination of BAT (i.e. those techniques to consider that are widely applied in the STS sector) are reported in Chapter 17. Chapter 18 presents the BAT conclusions as defined in Article 3(12) of the Directive, both general and sector-specific. Chapter 19 provides the emerging techniques for the STS and WPC sectors. Concluding remarks and recommendations for future work are presented in Chapter 20.JRC.B.5-Circular Economy and Industrial Leadershi

NASA patent abstracts bibliography: A continuing bibliography. Section 2: Indexes (supplement 30)

A subject index is provided for over 4500 patents and patent applications for the period May 1969 through December 1986. Additional indexes list personal authors, corporate authors, contract numbers, NASA case numbers, U.S. patent class numbers, U.S. patent numbers, and NASA accession numbers