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Development of Virtual Micro-Models for Prediction of Macroscopic Properties of Ceramic Matrix Composites (CMCs) and Optimization of Manufacturing Process

Kosin, Marvin und Jain, Neraj (2018) Development of Virtual Micro-Models for Prediction of Macroscopic Properties of Ceramic Matrix Composites (CMCs) and Optimization of Manufacturing Process. Masterarbeit, Ruhr Universität Bochum, Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie.

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Kurzfassung

The Finite Element Method (FEM) is used to obtain the stress distribution in the material as a reaction to the thermal load which is applied. A Cohesive Zone Model (CZM) approach is used to implement fracture behavior of the material. Material specific input parameters for the simulations are determined by experiments and taken from literature. Scanning Electron Microscope (SEM) images show that the developed models represent the behavior of the physical material in an excellent way. According to this study, the presence of initial defects prior to the pyrolysis and a homogeneous distribution of these defects in the matrix are crucial for the formation of an ordered crack pattern. A homogeneous defect distribution leads to defined growth of segmentation cracks. Defect types which mainly govern the crack development are stress induced microcracks which appear during curing of a thermosetting resin to CFRP. The influence of the interface strength and the interface area are also studied. A strong interface and a low interface area support the growth of segmentation cracks. The courses of the porosity and crack density increase fit well to other findings in literature. The porosity increases in a linear fashion. The crack density increases linearly before approaching a constant value. This study shows that a weak fiber/matrix Interface leads to a higher porosity and crack density increase during pyrolysis.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/126028/
Dokumentart:Hochschulschrift (Masterarbeit)
Titel:Development of Virtual Micro-Models for Prediction of Macroscopic Properties of Ceramic Matrix Composites (CMCs) and Optimization of Manufacturing Process
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kosin, Marvinmarvin.kosin (at) rub.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jain, NerajNeraj.Jain (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7853-1894NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2018
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Seitenanzahl:101
Status:nicht veröffentlicht
Stichwörter:CMC, cohesive Zone, pyrolysis, process simulation
Institution:Ruhr Universität Bochum, Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
Abteilung:Materials Science and Simulation, Keramische Verbundstrukturen
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturen und Werkstoffe (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Keramische Verbundstrukturen
Hinterlegt von: Jain, Neraj
Hinterlegt am:18 Jan 2019 14:15
Letzte Änderung:18 Jan 2019 14:15

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