Geometry and temperature effects on the tensile modulus of randomly oriented short fibers reinforced biocomposites using finite elements method

Naddaf, Farah (2023). Geometry and temperature effects on the tensile modulus of randomly oriented short fibers reinforced biocomposites using finite elements method. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In this study, the effect of the fiber’s geometry and the temperature on the tensile modulus of biocomposite materials is investigated. Digimat® software is used, which applies the numerical finite elements method to obtain the tensile modulus of the biocomposites C1, C2, and the biocomposite (PP+30%Hemp).

The first modeled biocomposite material C1 consists of (PHBV/PBAT) matrix reinforced by 30% of randomly oriented short natural Switchgrass fibers, while the second biocomposite material C2 is built of polypropylene (PP) matrix reinforced with 30% of randomly oriented short natural Miscanthus fibers.

To validate the approach, a comparison between the conducted modeling results and previous experimental results is done, and the possibility to evaluate the tensile modulus of the biocomposites C1 and C2 by using Digimat® software is confirmed.

Regarding the effect of fiber geometries, it is found that the essential factor in cylindrical fibers is the ratio L/D. When the length of the fibers increases, the ratio L/D increases, and this leads to a higher modulus. The same pattern is confirmed for the rectangular fibers, when the length of the rectangular fibers increases, it also leads to a higher tensile modulus.

Additionally, it is noticed that after a certain value of fiber length, the tensile modulus becomes stable. The results show that the tensile modulus remains relatively constant after a certain value of fiber length.

The effect of the fiber length on the tensile modulus of biocomposites was discussed for both Miscanthus and Switchgrass fibers with cylindrical and rectangular cross-section, and follows the same pattern for both uses.

As for the effect of temperature on the tensile modulus of biocomposite materials, it is confirmed that the modulus of both matrix and fibers decreases with increasing temperature, consequently the modulus of the biocomposite material reduces.

Titre traduit

L’effet de la géométrie et de la température sur le module tension de biocomposites renforcés par des fibres courtes à orientation aléatoire à l’aide de la méthode des éléments finis

Résumé traduit

Dans cette étude, l'effet de la géométrie des fibres et de la température sur le module de traction des matériaux biocomposites est étudié. Le logiciel Digimat® est utilisé, qui applique la méthode des éléments finis en réalisant la modélisation numérique des biocomposites C1, C2, et du biocomposite (PP+30%Hemp).

Le premier matériau biocomposite modélisé C1 est constitué de la matrice (PHBV/PBAT) renforcée par 30 % en poids de fibres Switchgrass, tandis que le deuxième matériau biocomposite C2 est constitué d'une matrice de polypropylène (PP) renforcée avec 30% en poids de fibres Miscanthus.

Pour valider la précision des travaux actuels, une comparaison entre les résultats de modélisation menés et les résultats expérimentaux précédents est effectuée, et la possibilité d'évaluer le module de traction des biocomposites C1 et C2 en utilisant le logiciel Digimat® est confirmée.

En ce qui concerne l'effet des géométries des fibres, on constate que le facteur essentiel dans les fibres cylindriques est le ratio L/D. Lorsque la longueur des fibres augmente, le ratio L/D augmente, ce qui conduit à un module plus élevé. Le même motif est confirmé pour les fibres rectangulaires, lorsque la longueur des fibres rectangulaires augmente, cela conduit également à un module de traction plus élevé.

De plus, après une certaine valeur de longueur de fibre, le module de traction devient stable. Les résultats ont montré que le module de traction reste relativement constant après une certaine valeur de longueur de la fibre.

L'effet de la longueur de la fibre sur le module de traction des biocomposites a été discuté pour les fibres Miscanthus et le fibres Switchgrass à section cylindrique et rectangulaire, et dans les deux c’est le même schéma.

Pour l'effet de la température sur le module de traction des matériaux biocomposites, il est confirmé que le module de la matrice et des fibres diminue avec l'augmentation de la température, par conséquent le module du matériau composite diminue.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement of the requirements forthe degree of master’s of aerospace ingeneering with thesis". Comprend des références bibliographiques (pages 65-67).
Mots-clés libres:	Miscanthus, Switchgrass, homogénéisation numérique, géométries, température
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Ngô, Anh Dung
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	01 févr. 2024 18:15
Dernière modification:	01 févr. 2024 18:15
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3351

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