Utskrift från Malmö högskolas webbplats www.mah.se

Design av ett supersegt laminat

Kontaktperson: Per Ståhle
Ansvarig: Per Ståhle
Finansiär: KK-stiftelsen / The Knowledge Foundation (KKS)
Tidsram: 2009-01-01 -- 2010-12-31
Fakultet/institution: Centrum för teknikstudier
Ämne: Teknikvetenskap

kkslogo

Link to the hompage of KKS : www.kks.se 

Description in English

Design av ett superstarkt laminat

Brottprocesser i ett laminat kommer att analyseras i ett försök att förbättra dess brottseghet. I ett tidigare projekt visades att en flerfaldig förbättring torde vara möjlig. Det studerade laminatet består av en tunn aluminiumfolie med en polymerbeläggning. I båda lagren, utgörs observerade brottprocesser av en lokaliserad plastisk deformation. Brottet förmodas föregås av en s k Barenblatt- region [1, 2] som växer invid spetsen på en befintlig spricka. I ett nyligen avslutat projekt KK 2007/0273 har denna region analyserats i flera avseende. Brottpro- cessen antas vara en kontinuerlig reducering av tvärsnittsytan i sprickplanet till dess att den lastbärande förmågan helt försvinner. I motsats till ett allmänt brott ges brottsegheten helt av kontinuummekaniska parametrar så som sträck- gräns och strukturens tjocklek [3]. När laminatets styrka jämförs med styrkan hos de enskilda skikten observeras en oväntat stor förhöjning för laminat. Det något förvånande experimentella resultatet rapporterades i [4]. I papper [5] förk- laras hur polymerskiktet tvingas att absorbera stora mängder energi till liten nominell töjning.

Slip-line lösningar som stöds av finita element-beräkningar visar att mutipel midjebildning är möjligt. Innebörden är att aluminiumfolien när den brister ger lokaliserad töjning på flera ställen i polymeren. Baserat på detta resultat, föreslås en metod att designa extremt sega laminat genom noggrant urval av materialkombinationer och gränssnittsegenskaper. Design med applikation på plasmaskärmar har nyligen analyserats [6, 7]. En tidig studie av ett liknande fenomen gjordes av Macionczyk och Bruckner [8].

Denna bakgrund motiverar det aktuella projektet med optimering av sega laminat som mål. Optimeringen bygger på variation av, a) tjocklek hos skikten och b) mekaniska egenskaper i polymeren. Förhållandet mellan tjocklekarna i de olika lagren och lämplig kombination av mekaniska egenskaper kommer att tas fram. Det primära målet är att åstadkomma multipel midjebildning för maximal energiabsorption under deformationsprocessen.

References

1. Dugdale, D. S., Yielding of Steel Sheets Containing Slits, J. Mech. Phys. Solids, vol. 8, 100, 1959.

2. Barenblatt, G. I, Advances in Applied Mechanics, vol. 7, 55, 1962.

3. Hill R., On Discontinuous Plastic States, with Special Reference to Localized Necking in Thin Sheets, J. Mech. Phys. Solids, vol. 1, 19, 1952.

4. Kao-Walter, S., Ståhle, P. and Hägglund, R., Fracture Toughness of a Laminated Composite, in: Fracture of Polymers, Composites and Adhesives II, Elsevier, Oxford, UK, ISBN: 0-08-044195-5, 355, 2002.

5. Ståhle, P., Bjerkén, C., Tryding J. and Kao-Walter, S., A Strong Toughening Mechanism in an Elastic Plastic Laminate, Proc. 28th Riso Int. Symp. on Mater. Sci., Risø National Laboratory, Den- mark, 2007.

6. Li, T., Huang, Z. Y., Xi, Z. C., Lacour, S. P., Wagner, S. and Suo Z., Delocalizing Strain in a Thin Metal Film on a Polymer Substrate. Mech. Mater, vol. 37, 261, 2005.

7. Li, T. and Sou, Z., Ductility of thin metal films on polymer sub- strates modulated by interfacial adhesion, Int. J. of Solids and Structures, vol. 44, 1696, 2007.

8. Macionczyk, F. and Bruckner, W., Tensile Testing of AlCu Thin Films on polyimide foils, J. Appl. Phys., vol. 86, 4922, 1999.

Senast uppdaterad av Magnus Jando