Deformation and Fracture Behavior of Transparent Wood-Polymer Biocomposites
Tid: To 2022-09-29 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/65216494216
Språk: Engelska
Ämnesområde: Hållfasthetslära
Respondent: Erik Jungstedt , Teknisk mekanik
Opponent: Bent Sørensen, DTU
Handledare: Lars Berglund, VinnExcellens Centrum BiMaC Innovation, Biokompositer, Wallenberg Wood Science Center; Sören Östlund, VinnExcellens Centrum BiMaC Innovation, Centrum för Biofibermaterial, BiMaC, Hållfasthetslära
QC220905
Abstract
Genomskinliga träpolymer biokompositer (TWPB) är intressanta träbaserade material med unik kombination av optiska och mekaniska egenskaper. Träsubstraten är delignifierat och trämikrostrukturen är bevarad. I denna avhandling studeras deformation- och brottmekanismer hos TWPB, och deras mekaniska egenskaper bestäms. Utöver detta utvecklas en metod för att bestämma ortotropa material- och brottparametrar från enstaka små och tunna provstavsgeometrier av träkompositer genom att jämföra töjningsfält från experiment och numeriska modeller med optimerade modellparametrar i finita elementmetoden (FEMU). Fokus i avhandlingen är på TWPB men även generella träfiberkomopositer är av intresse för att utveckla en metod för FEMU.
I artiklarna I and II undersöks de mekaniska och optiska egenskaperna för laminerade och enriktade TWPBs. Materialparametrar bestäms och deformationsmekanismer identifieras. För TWPB visade resultaten minskade förhållandet av anisotropi mellan elastiska parametrar, cellväggens effektiva egenskaper ökade och jämfört med rent trä så uppmättes betydligt mer homogena töjningsfält. De svaga mekaniska egenskaperna i transversell fiberriktning får mindre betydelse genom lamineringen, vilket gör materialen bättre lämpade för lastbärande konstruktioner.
I artiklarna III och IV undersöks deformations- och brottmekanismer och brottegenskaperna tas fram med hjälp av kohesiva zon modeller längs de två materialriktningarna i planet. Stora brottprocesszoner (FPZ) observerades, och de domineras av cellväggens egenskaper, med fiberbrott för longitudinell belastning. För transversell belastning dominerar längsgående gående sprickor i cellväggen på grund av svag kohesiv hållfasthet. Brottegenskaperna i fiberriktningen förbättras på grund av polymermatrisen, medan transversella brottegenskaperna försämrades och storleken på FPZ minskade jämfört med rent trä.
I artikel V undersöks träfiberbiokompositer med riktad och slumpmässig fiberorientering samt effekten av olika fiberstrukturer från nano- till mikroskala på materialparametrarna. Ortotropa elastiskt-plastiska materialparametrar är framtagna med FEMU för de riktade träfiberbiokompositerna från dragprover lastad med en vinkel från fiberriktningen. Mikromekanismerna är observerade från töjningsfält och brottmekanismerna är relaterade till materialens struktur med hjälp dragprover på plats under ett svepelektronmikroskop.