Verslag studiereis Verenigde Staten
Citation for published version (APA):
Janssen, J. D., Verduin, M., & Oomens, C. W. J. (1985). Verslag studiereis Verenigde Staten. (DCT rapporten; Vol. 1985.057). Technische Hogeschool Eindhoven.
Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1985
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
Verslag Studiereis Verenigde Staten
Prof.dr.ir. J.D. Janssen
Ing. M. Verduin Dr.ir. C.W.J. Oomens
Inhoud Hoofdstuk 1: Hoofdstuk 2: Hoofdstuk 3: Hoofdstuk 4: Hoofdstuk 5: Hoofdstuk 6: Hoofdstuk 7: Hoofdstuk 8: Inleiding
Center for Composite Materials, Newark, Delaware Cornel1 University, Ithaca, New York
General Notors, Warren, Michigan
Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacks- burg, Virginia
Southwest Research Institute, San Antonio, Texas University of Californië, La Jolla, Californië Conclusies
Hoofdstuk 1: Inleidinq
Voor U ligt een verslag van een studiereis van Prof.dr.ir. J.D. Janssen, Ing. Pi. Verduin en Dr.ir. C.W.J. Oomens naar de Verenigde Staten. Deze reis vond plaats van 15 juni t/m 29 juni 1 9 8 5 .
Het doel van de reis was om inzicht te krijgen in "the state of the art" van het onderzoek naar het constitutieve gedrag van biologische en vezelver- sterkte materialen en het opdoen van ideëen voor experimenteel onderzoek. De interesse ging daarbij vooral uit naar beeldverwerkingstechnieken en de com- binatie van numerieke rekentechnieken en experimenten.
Plannen om binnen de vakgroep W.F.W. de activiteiten op het gebied van mate- rialen, met name aan de experimentele kant te gaan uitbreiden vormen de ach- tergrond van de reis. Mogelijke activiteiten binnen de afdeling Werktuig- bouwkunde op het gebied van de vezelversterkte kunststoffen in de nabije toekomst hebben hierbij ook een rol gespeeld.
De bezochte instituten werden geselecteerd op basis van informatie via reeds bestaande contacten. Er werd gezocht naar instituten die actief zijn op het gebied van: biologische materialen, composietmaterialen en metaalomvormpro- cessen. In de praktijk bleek deze scheiding niet zo strikt te handhaven. Wij hebben de volgende instituten bezocht:
- Biologische materialen
University of Californië, La Jolla, Californië
- Composietmaterialen
Center for composite materials, Newark, Delaware Virginia Polytechnic Institute, Blacksburg, Virginia
- Omvormprocessen
Cornell University, Ithaca, Rew York
General Motors Research Laboratories, Warren, Michigan Southwest Research Institute, San Antonio
In hoofdstuk 2 t/m 7 worden de instituten behandeld in de volgorde waarin ze bezocht zijn.
Hoofdstuk 2: Center for Composite Materials, Newark, Delaware
Het centrum is opgericht in 1974 en is een onderdeel van de University of Delaware. In 1978 is men begonnen met een programma gericht op de toepassing van composieten in industrieële produkten. Zij beogen een multidisciplinaire aanpak waarbij chemie, werktuigbouwkunde, vliegtuigbouw en civiele techniek betrokken zijn. Verder bestaat er binnen het centrum samenwerking met mensen uit andere research programma's als materiaalkunde en metaalkunde.
Het programma wordt gesponsord door een consortium van bedrijven. Doelstel- ling:
-
Fundazientele research naar het gedrag van composieten- Technology transfer naar het bedrijfsleven
- Opleiden studenten op/binnen het gebied van composiet materialen
De research gebieden kan men omschrijven met de volgende trefwoorden:
-
Ontwikkelen van materiaalmodellen-
Computer-aided design-
Proceskunde en technology- Microstructurele analyse
- Duurzaamheidstudies
-
Non destructieve evaluatieDe technology transfer vindt plaats door periodieke rapportage, ontwikkeling van een encyclopedie voor de ontwerper in composieten, workshops en symposia
en beschikbaar stellen van software aan de sponsors! Gemiddeld wordt het werk per jaar verricht door:
7 leden van de faculteit, 6 zogenaamde research professionals (Onderzoekma- nagers die het centrum draaiende houden en waarvan een aantal ook zelf on- derzoek doet. Zij hebben geen beheerstaken en onderwijstaken binnen de uni- versiteit), 14 graduate studenten en 20 undergraduates. (Een graduate is master of science en werkt voor zijn PhD-titel).
Gesproken met:
1.
2.
3.
4 .
Dale W. Wilson (Assistent Director for Technology, research professio- nal).
Onze gastheer. Uitvoerig gesprek over organisatie van centrum en onder- zoekprogramma. Rondleiding laboratorium. Opvallend is het belang dat men hecht aan het zelf vervaardigen van composieten (Dan is namelijk de be- lastingshistorie en samenstelling goed bekend). Men besteedt veel aan- dacht aan structureel onderzoek en aan het kapotgaan van materiaal. Karl Steiner: PhD.
Demonstratie van wat zij noemen: Robotic Ultrasonic Inspection System. Bit systeem is in staat om mei behulp van ultrasoon geluid gekromde en drie-dimensionale structuren te inspecteren door middel van transmissie, gepulste echo of back scattering technieken. Centrale rol hierbij speelt het IRIS werkstation, vervaardigd door Silicon Graphics.
De data worden weergegeven op een kleurendisplay van 1024
x
1024 pixels(256 kleuren mogelijk).
Met behulp van VLSI array processor chips kan men perspectief afbeel- dingen genereren met snelheden van 13 miljoen pixels per seconde. Gregory W. Anta1 (Research associate = professional).
Reheert en ontwikkelt software. Belangrijkste programma's CNAP ( = Composite Materials Analysis of Plates)
Interactief computerprogramma voor berekening van bulk grootheden van gelamineerde composieten. Young's moduli, Poisson constanten, shear modulus, uitzettingscoëfficiënten. Sterkte berekening.
IMC3 ( = Injection Molded Composites)
Interactief computerprogramma voor berekening materiaaleigenschappen voor spuitgiet composieten.
FIBOR
Programma voor berekening vezeloriëntatie voor vlakke en axiaalsymme- trische stromingen van Newtonse vloeistoffen.
L. HcCullough (Associate Director, faculteitslid).
Experimenteel en analytisch onderzoek naar de produktie processen van po- lymere materialen, cristallyne polymeren, korte vezel composieten, dyna- misch mechanisch gedrag.
Evaluatie:
- Research professionals zijn meer managers dan onderzoekers. Met lijkt erop dat het research doel voor hen een hogere prioriteit heeft dan de oplei- ding van de studenten die daarvoor worden ingezet.
-
Wijze van werken levert veel geld voor onderzoek op, maar leidt tot sterk applicatiegericht werk en minder fundamenteel.-
Belangrijke adressen in Europa:M.J. Crochet, Leuven, spuitgieten
C . Friedrich, Hamburg, breukcriteria voor composieten.
-
Gebruik van arrayprocessoren in kleinere computers opvallend P.v.m. hoge verwerkingssnelheden.- Kennis wordt niet alleen uitgedragen d.m.v. rapporten, maar veelal ook door meegeleverde software, waardoor de efficiëntie van kennisoverdracht verhoogd wordt.
-
Onze groep lijkt verder in het streven naar (34% basisprogramma dat ge-Hoofdstuk 3 : Cornel1 University, Ithaca, New York
Wij waren te gast bij:
1. The Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE).
2. Department of Theoretical and Applied Mechanics (T&AM).
3 . Department of Mathematical Science (Math. Sci.).
Ook hier is sprake van centra die afdelingen overschrijden, welke bedoeld zijn om geldelijke middelen te verwerven en voor kennistransfer naar de in- dustrie.
We hebben de meeste informatie gekregen over het Cornell Injection Molding Program (CIMP). Gestart in 1974, gesubsidieerd door de National Science Foundation (NSF). Sedert 1979 gesteund door een industrieel consortium waar- van de leden zich inkopen voor $ 10.000,-- per jaar. Nu wordt 60% van het
onderzoek door de MSF en 40% door het industrieel consortium betaald. Doelstelling:
-
Oplossen reologische problemen bij spuitgieten.- Ontwikkeling van numerieke modellen voor het spuitgietpro- ces.
- Ontwikkelen van experimentele technieken om een proces te volgen en te simuleren.
-
Ontwikkelen van kwantitatieve richtlijnen voor het regelen van het proces.- Ontwikkelen van een CADICAM systeem voor spuitgiet ontwerpen en produktie.
Het management wordt verzorgd door 6 hoogleraren die gekozen worden door de andere faculteitsleden die bij het programma betrokken zijn.
De bedrijven die zich hebben ingekocht krijgen daarvoor rapporten, software, seminars en symposia. De laatste zijn ódk bedoeld als een soort uitstalling van studenten voor hun eventuele latere werkgevers.
Gesproken met:
1 .
Dr. Paul R. Dawson, (Assistant professor, MAE)Onze gastheer, Expert op het gebied van numerieke technieken. Heeft o.a. gerekend aan metaalomvormprocessen. Rondleiding lab. Opstellingen m.b.t. contactlassen, ultrasoonlassen, spuitgieten. Bij het spuitgieten wordt
veel aandacht besteed aan procesanalyse. Doel is uiteindelijk om het pro- ces beter te kunnen regelen. Conventionele meettechnieken. Veel computer- faciliteiten. Vaak stand-alone verwerkingsunits, maar koppelbaar met af- delingscomputer.
2. Zellman Warhaft (MAE)
Fundamenteel Onderzoek naar wervelvoortplanting. Interactie tussen warm- te- en impulsoverdracht. Hittedraad anemometrie. Opvallend: Een hitte- araad opnemer met dikke epi dunne draad om gassamenstelling te meten. 3. Dr. C.A. Hieber (Sr. Research Associate)
Dr. K.K. Wang (Prof. of M.A.E.)
Geïmproviseerde demonstratie van CAD soEtware om warateprobleem bij spuitgieten op te lossen. Ergens in de mal wordt een doorsnede gemaakt waar met een boundary element methode de invloed van de ligging van koel- pijpen op de temperatuurverdeling (2-D) wordt berekend. Geometrie en lig- ging van koelpijpen kunnen snel worden veranderd, daarbij gebruik makend van Supertab.
4 . Wolfgang Sachse (Associate professor T&AM).
Testen van materialen met ultrageluid. In de loop van de afgelopen decen- nia werd onderzoek verricht naar:
1 .
Opsporen en identificeren van gebreken in materialen door verstrooiing van gepulst ultrageluid.2. Karakterisering van materialen m.b.v. dispersiephenomenen en acousto- elasticiteit, een techniek die afgeleid is van foto-elasticiteit. 3. Detecteren van bijvoorbeeld scheurgroei door naar materiaal te "luis-
teren" (Acoustic emission).
4 . Testen van nieuwe opnemers en zenders.
De gebruikte technieken zijn zeer geavanceerd en erg kostbaar. Tot nu toe is het een en ander alleen toepasbaar op lineaire problemen.
5 . Frank Woon (Associate professor, T&AM)
Expert op het gebied van magneto-solid mechanics. Is overgegaan op de studie van zogenaamde "chaotische bewegingen". Veel physische systemen vertonen chaotisch gedrag zonder random input, 6dk al is het systeem de- terministisch. De term chaos wordt 0.h.a. gebruikt om dit gedrag van echt
"random" gedrag te onderscheiden. We praten hier over systemen met niet- lineaire veren, meerdere evenwichtstoestanden, niet-lineaire circuits,
convectieve stromingen, electro-magneto-mechanische systemen. Een voor- beeld is een bal op een vibrerende tafel (Fig. 1 ) .
/
Tobie Motion --b Tin:-
Fig. 1 ;ru 11'
Moon ontwikkelt expkrimentele en mathematische technieken om deze fenome- nen te bestuderen.
Opvallend: In het onderwijs gebruikt men computersoftware voor manipula- tie met symbolen. Programma's zijn MACSYMA, SCRATCHPAD voor grote computer en MUMATH en REDUCE voor kleinere computers. 6. Edward Hart (Mathematical Science)
Theoretisch natuurkundige. Expert op het gebied van materiaal gedrag. Uitvoerig gesproken over tension-torsion test. Vaak wordt bij deze test
uitgegaan van pure shear terwijl er sprake is van simple shear. Hart ont- wikkelde een model voor plasticiteit.
7 . Sam Wheelis (Civil Engineering)
Laboratorium voor civiele techniek. Zware, conventionele constructies voor stadies aan beton, staal enz.
Evaluatie:
1 . Opvallend is de enorme investering in apparatuur, deels zelf aangekocht deels uit schenkingen. I.B.M. heeft er bijvoorbeeld een main frame ge-
schonken.
2. Ver gevorderd met betrekking tot automatische verwerking van meetgege- vens. Veel stand-alone verwerkingsunits, koppelbaar met grotere compu-
ters.
4. Gebruik van software voor manipulatie met symbolen in onderwijs van be- lang.
Meegebrachte literatuur:
Hart E.W., Chang Y.W.
-
Material Rotation Effects in Tension-Torsion Tes- ting: Experimental Results. In "Plasticity Today" ed. A. Sawzuk, G. Bianchi; Elseviers (1983).Hieber C.A. et al. - Filling Thin Cavities of Variable Gap Thickness: A Nu- merical and Experimental Investigation. Polym. Engng. Sei.,
2,
20-26,(1983).
Holmes P.J., Moon F.C.
-
Strange Attractors and Chaos in Nonlinear Mecha- nics, J. Appl. Mech.50,
1021-1031, (1983).Isayer A.I. et al. - Time-dependent Rheological Behaviour of Polymeric Sys- tems, Rheology,
3,
91-97, (1980).Isayer A.I., Hieber C.A.
-
Toward a Viscoelastic Modelling of the Injection Molding of Polymers, 19, 168-182 (1980).Lance R.H., Rand R.H., Moon F.C. - Teaching Engineering Analysis using Sym- bolic Algebra and Calculus (1985).
Moon F.C. - Magneto-Solid Mechanics, John Wiley & Sons (1984).
Moon F.C., Hara K.
-
Buckling Induced Stresses in Martensitic Stainless Steels for Magnetic Fusion Reactors.Moon F.C., Li G.X.
-
The fractal Dimension of the two-well potential strange attractor (1984).Moon F.C. - Experiments on Chaotic Motions of a Forced Nonlinear Oscillator: Strange Attractors. J. of Appl. Mech. 47, 638-644, (1980).
Yuan K.Y. et al.
-
Elastic Conducting Structures in Pulsed Magnetic Fields in "Num. Meth. Coupled Syst." ed. R.W. Lewis, John Wiley & Sons Ltd. (1984).Hoofdstuk 4 : General Motors Research Laboratories, Warren, Michiqan
Het laboratorium in Warren is het centrale researchlaboratorium van General
Motors. Het is ons gebleken dat men hier naast toegepast onderzoek ook zeer
fundamenteel onderzoek doet, dat nog relatief ver van een toepassing af staat. Enkele markante punten uit discussies met M.M. Kamal (Technisch di- recteur van het laboratorium) en L.J. Howell (hoofd van de Engineering Me- chanics Department):
-
G . M . is sterk bezig met kantoorautomatisering (the electronic office). Iedere manager heeft een P.C. op zijn kamer die verbonden is met een net- werk. Zij kannen belichten doorgeven, snel informatie opvragen enz.-
Daarnaast is men bezig met een vernieuwingsprogramma op electronicagebied, waarvoor grote delen van het laboratorium verbouwd worden en die bedoeld zijn om nieuwe markten aan te boren.-
G . M . research neemt voor de langere termijn vrijwel uitsluitend Phil's in dienst die ook vaak tot relatief hoge leeftijd blijven (slechts 10% vloeit door naar andere onderdelen van G.W.)! Jongere MSc's en BSc's worden wel voor korte tijd aangenomen maar vertrekken vrij snel naar meer prioduktie- gerichte onderdelen. Doel hiervan is kennis transfer. Opvallend is het verschil, zowel in filosofie als organisatie, t.o.v. bijvoorbeeld Philips.Programma:
1. Rondleiding Shirley Worth.
Veel betrekkelijk kleine, gespecialiseerde laboratoria, vaak indrukwek- kend geïnstrumenteerd. Gelaagde opbouw van computerfaciliteiten. Elke on- derzoeker zijn eigen werkstation. Weinig koppelingen van kleinere naar grotere computers. CRAY wordt alleen gebruikt voor metaalomvormprocessen en aerodynamische berekeningen.
2. Jim Augustitus
-
Safety testing.Heeft weinig waardering voor analyticus die niet in staat is experiment te doen. Voorstander van erg simpele beproevingen. Eerst fenomenen bestu- deren, dan pas analyse. Gelooft niet in modelmatige benadering van com- plexe problemen als uitgangspunt om experimenten te bouwen. Zijn benade- ring blijkt bij opstelling om te analyseren hoe een model van een hoofd door de voorruit gaat bij botsing. Hun filosofie: Eerst de ruiteigen-
schappen leren kennen vbbr je met het totale probleem aanvangt. Dataver- werking: Rechtstreeks in computer. Back-up ddk met schrijvers en tapere- corders. High-speed filmen gaat men vervangen door video (snellere ver- werking, minder kostbaar).
3 . Raghunath Khetan - Optical Measurements.
Gebruik van Moir4-technieken voor controle oppervlakte kwaliteit van sheat molding panelen en voor analyse van impact damage. Zij onderschei- den in-plane moirê, shadow moire, projection moirk en reflective moirê. Opmerkelijk is de verregaande automatisering bij de verwerking. Via
VICON-beeldverwerkingsapparatuur wordt met video een lijnen-patroon inge- nomen, gedigitaliseerd en daarna geanalyseerd. Dit alles met zeer hoge
snelheid (max. 30 beelden per seconde). De software voor analyse heeft Khetan zelf geschreven.
4. Dave Schmueser - Behaviour of composites.
Valproeven met pijpen van gelamineerde composieten. Onderzocht wordt de invloed van vezeloriëntatie op energieabsorptie. De data inname gebeurt via een waveform analyser (W.D.conversie). Daarna worden de data opgesla- gen op floppy disk. De resultaten worden verwerkt op een P.C. of mini-
computer.
5 . Mark Botkin - Structural. optimization.
Theoretisch verhaal over optimaliseren van structuren. Globaal werkt men volgens onderstaand schema.
Input Schatting Ontwerp Parameters Ontwerp Eisen Optimizer Lagere massa Voldoen aan Constraints F.E.M.- anal y s e Resultaat
Men gebruikt automatische meshgeneratie die alleen de randinformatie no- dig heeft. Mesh verfijning gebeurt op basis van de oplossing bereikt in
het vorige increment. Men maakt geen gebruik van weging van de ontwerp- eisen. Het eniae optimaliseringscriterium is lagere massa.
6 . Roger C. Haut. (Biomedical Science Department).
Fundamenteel onderzoek met als achtergrond impact responsie van biolo- gisch weefsel. Onderzoek richt zich op de invloed van collageen op de stijfheid en treksterkte van bindweefsel. Correlatie tussen collageenge- halte en concentratie glycosaminoglycanen bij rattenstaarten en stijfheid en sterkte hiervan wordt experimenteel bepaald. Achterliggende hypothese: glycosaminoglycanen vormen bindend element tussen collageenvezels waar- door hun bijdrage aan mechanisch gedrag geïntegreerd wordt.
Haut wil op kunstmatige wijze collageenachtig weefsel nhaken zodat hij modelstudies kan doen aan materiaal waarvan hij de samenstelling nauwkeir-
rig kent.
Evaluatie:
-
G.M. maakt veel gebruik van computerfaciliteiten voor dataacquisitie. Men heeft grote hoeveelheden geld ter beschikking. Het onderzoek is behoorlijk fundamenteel.-
Opmerkelijk is hun voorkeur voor PhD's en het kleine verloop in personeel. Zij hebben grote moeite om aan PhD's te komen.-
G.M. is op zoek naar nieuwe markten, buiten de auto-industrie.- Zoals op veel andere plaatsen blijkt ook hier kennistransfer van het labo- ratorium naar de fabriek een probleem te zijn waaraan men veel aandacht besteedt. Korte tijd op het l a b . inzetten van MSC's en BSc's moet hieraan een bijdrage leveren.
Meegebrachte literatuur:
Barone M.R., Caulk D . A .
-
Kinematics of Flow in S.M.C. G.M. Report - 4636 ( 1 9 8 4 ) .Eennet J . A . , Botkin M.A.
-
Shape optimization of two-dimensional structures with geometric problem description and adaptive mesh refinement. G.W. ReportKhetan R . P . - Surface damage of sheer molding compound panels subject to a
point impact loading.
Sarihan V.
-
Thermoelastic stress analysis of an automobile engine connec- ting rod. (To be published).Hoofdstuk 5: Virsinia Polytechnic Institute and State University, Blacks- burs, Virsinia
Ook aan deze universiteit werkt men met centra's voor verschillende typen onderzoek. Enkele voorbeelden: Center for Composite Materials and Struc- tures, Center for Innovative Technology, Center for Adhesion Science. Deze centra hebben echter een ander karakter dan in Ithaca en Newark. Hier gaat het om een concentratie van administratieve activiteiten waarmee de resulta- ten van het onderzoek in de verschillende afdelingen verzameld worden en vervolgens naar buiten uitgedragen. Onderwijsactiviteiten worden ook door deze centra gecoördineerd. Het gaat hier niet om een manier om geld .te krij- gen.
Gekozen is voor onderzoek met een fundamenteler karakter dan bijv. in
Newark. Gevolg is dat hier duidelijk minder geld beschikbaar i s . (In verband met concurrentie met Japanners heeft de staat Virginia voor de komende jaren overigens $ 15.000.000 (jaarlijks) voor 4 instituten toegezegd).
Gesproken met:
1. Daniel Frederik (Head of Engineering Science and Mechanics Department]. Algemene organisatie van Universiteit, Centra, fondsen. Zie ook boven.
2 . Harek Pindera (Ass. Prof., onze gastheer).
Pindera is een theoreticus met grote af£initeit tot experimenteel werk. Hij heeft ons enkele opstellingen laten zien uit het NASA-Virginia Tech Composites Program en enkele posters van ouder werk. Interessant waren een diamant-lintzaag om gecontroleerd aanzet tot scheuren in composieten te maken en een lens om scheurgroei optisch te volgen.
Pindera heeft zich lange tijd bezig gehouden met constitutieve modellen voor vezelversterkte materialen, daarbij gebruikmakend van thermodynamica van irreversibele processen. Hij gebruikte de methode van Valanis. De me- thode maakt gebruik van het interne variabelen formalisme. Hij is in staat fading memory fenomenen en een intrinsieke tijdschaal (belangrijk bij cyclische processen) op voorhand in het model te stoppen. Daarom noemt hij het endochroon. Het model blijkt voor een grote klasse van ma- terialen goed te werken. I s misschien bruikbaar voor biologische materia-
3 . 4 . 5. 6 . 7 . 8 .
W.R. Lloyd - photo-elastisch laboratorium.
Demonstratie van foto-elastisch onderzoek. Ofschoon de apparatuur erg compact lijkt, en zij een aardige techniek hanteerden om het aantal fringes te vergroten en te versterken, is de techniek nog zeer bewerke- lijk en lijkt voor gebruik bij biologische materialen niet te voldoen.
W. Stinchcomb
-
Residuele sterkte van beschadigde composieten.Stinchcomb bestrijdt dat de klassieke breuk- en scheurmechanica bruikbaar is in composieten. Daarom focuseert hij zijn studie op de collectieve in- vloed van een aantal beschadigingen op sterkte, stijfheid en levensduur. Hij doet duurproeven in M.T.C.-banken en structurele analyses m.b.v. ul- trageluid en infraroodcamera's.
D.A. Dillard
-
Duurproeven aan composieten en lijmsoorten.Duurproeven aan rubbers. Studies hoe lang lijmsoorten hun kwaliteit be- houden. Interessant
tisch voor lineaire len.
Daniel Post - Woirt! Ontwikkelt methodes
was analyseapparatuur van het merk DUPONT om automa- materialen de E-modulus en Poisson-constante te bepa-
interferometry.
om deformaties te meten met zeer hoge gevoeligheid. Is in staat in-plane en out-of-plane verplaatsingen te meten met gevoe- ligheden tot l .O x
op zogenaamde off-axis trekproeven (vezelrichting maakt hoek met trek- richting) en randeffect problemen bij laminaten met verschillende vezel- richtingen.
Verwerking van metingen is zeer bewerkelijk en gaat volledig met de hand (door studenten!).
Don H. Morris
-
Fracture of Composites.Boudt zich bezig met vermoeiings en breukgedrag van graphite/epoxy compo- sieten. Doel is de invloed van de dikte van het laminaat op vermoeiing en breuk te meten en wiskundig te modelleren. Werkt o.a. aan brandstoftanks van kunststof voor de space-shuttle. Gelooft
a
in gebruik van klassieke breuk- en scheurmechanica bij composieten.E. Simonds
-
Delaminatiestudies.Doet werk dat de Amerikanen technology zouden noemen. Gelamineerde compo- sieten worden aan een serie standaardproeven onderworpen om t e meten wan- neer lagen loslaten en waar. Demonstreerde ook een geweven composiet waardoor de laagstructuur verdwijnt.
Evaluatie:
-
De groep heeft in een tijd dat veel andere instellingen omschakelden naar numerieke modelvorming gekozen voor doorgaan met experimenteel werk. Zij hebben een goede keuze gemaakt voor het te onderzoeken materiaal (compo- sieten). Deze combinatie heeft hun internationaal een vooraanstaande posi- tie bezorgd. Zij doen werk met een fundamenteel karakter en wij bespeurden een afkeur van technology. Hierdoor hebben zij o.i. veel minder middelen tot hun beschikking dan bijv. Newark en Ithaca, ofschoon dit altijd nog meer is dan wij. Bovendien krijgen zij weer fondsen van de staat Virginia die dit soort werk nieuwe impulsen wil geven.-
Men maakt nauwelijks gebruik van geautomatiseerde dataverwerking bij expe- rimenten.Neegebrachte literatuur:
Adams D.S., Herakovich C.T.
-
Influence of Damage on the thermal response of graphite-epoxy faminates. J. Thermal Stresses '7, 91-103, 1984.Bowles D.E. et al. - Thermal Expansion of Composites using moircj interfero- metry. V.P.1.-report. E-80-19, (1980).
Euczek M.B., Herakovich C.T.
-
Direction of Crack Growth in Fibrous Compo- sites. In "Mech. of Composite Materials" (1983) Ed. G.J. Dvorak, A.S.M.E.Harris C.E., Morris D.H.
-
Fracture Behaviour of Thick, Laminated Graphit/ Epoxy Composites-
N.A.S.A. report 3784 (1984).Herakovich C.T. et al.
-
A Comparative Study o€ Composite Shear Specimens Using the Finite-Element Method (1981).Herakovich C.T., Johnson E.R. - Buckling of Composite Cylinders Under Com- bined Compression and Torsion - Theoretical/Experimental Correlation (1981).
Herakovich C.T. - On the Relationship Between Engineering Properties and De- lamination of Composite Materials. J. Composite Mat.
=,
337-348, (1981).Herakovich C.T.
-
Influence of Layer Thickness on the Strength of Angle-Pty Laminates. J. Composite Materials, 216-226, (1982).Herakovich et al. - Failure Analysis of Composite Laminates with Free Edges.
Herakovich C.T. - Composite Laminates with Negative Through-the-Thickness Poisson's Ratios. J. Comp. Materials, l8, (5984).
Jones R.M. - Composite Materials Education in the United States.
Nemeth M.P.
-
On the Off-Axis Tension Test for Unidirectional Composites,( 1 9 8 3 ) .
Hoofdstuk 6: Southwest Research Institute, San Antonio, Texas.
Dit is een onafhankelijke non-profit research instelling. Staf: 500 research professionals, 575 technici. Zij doen contractresearch voor industrie en re- gering. Wij waren te gast in "The devision of Engineering and Materials Sciences".
Gesproken met:
1 .
Ulric S. Lindholm (Vice-president van bovengenoemde division).Eerst een inleidend gesprek over organisatie, daarna specifiek over on- derzoek aan plastisch materiaalgedrag. Zij hanteren verschillende model- len voor de beschrijving van plastisch gedrag en proberen uit een groot aantal experimenten de parameterwaarden te bepalen. Opvallend hierbij was de grote temperatuurrange die zij hanteerden. Er is betrekkelijk weinig moeite gedaan om met bijvoorbeeld een statistische manier van proefopzet- ten tot een reductie van het aantal proeven te komen.
Daarna volgde een rondleiding door het lab. Men heeft veel op het gebied van structureel onderzoek, transmissie- en scanning electronenmicrosco- pen, oppervlakteanalyseapparatuur.
Verder heeft men erg veel testbanken, waarbij opviel dat zij van M.T.S. alleen de hydrauliek gekocht hebben maar daarmee hun eigen testbanken construeren. Daarbij doen zij erg veel aan temperatuurregeling. Interes- sant waren een eigen ontwikkelde capacitieve verplaatsingsopnemer en een watergekoelde inductieve opnemer voor het meten van verplaatsingen bij hoge temperaturen.
Evenals in andere instituten maakt men ook hier voor researchdoeleinden eigen composieten.
2. D.L. Davidson (Dep. of Materials Science).
Maakt gebruik van natuurlijke onregelmatigheden in een materiaal om via stereo-imaging (gelijktijdig bekijken van foto's van ongedeformeerd en gedeformeerd lichaam) verplaatsingsvelden te bepalen. Hij gebruikt S.E.M. opnames om voldoende "diepte" te kunnen zien. Momenteel gebruikt hij de techniek voor analyse van scheurgroei in composieten. Verwerking gaat volledig met de hand en vergt veel ervaring en tijd.
3. Hal Burnside (Department of Engineering Mechanics).
Deze groep zet zijn eerste schreden op het gebied van de beeldherkenning.
E&n van hun doelen is om bovenstaande analysetechniek van Davidson te automatiseren. Verder hebben we de CAD/CAM ruimte gezien. Ons inziens staat CAD hier voor Computer Aided Drawing.
4 . Alan Hargens (Department of Engineering Mechanics).
Gebruik van elementenmethode voor doorrekenen van constructies. Momenteel in de startfase van een project met NASA voor probabilistische elementen- berekeningen. Hierbij wordt intensief samengewerkt met MARC.
5 . Stephen C . Grigory (Department o f Offshore Engineering).
Vrij unieke faciliteiten voor materiaalproeven onder extreine omstandighe- den en met een grote omvang. Men heeft bijvoorbeeld drukvaten voor be- proeving van diepzeeapparatuur tot dieptes van 10.000 m (drukken van 1000
atm.). Verder doet men allerlei beproevingen met onderdelen van off-shore boor platformen of andere grote constructies.
Evaluatie
* De filosofie (veel nadruk op structuuronderzoek, veel gecompliceerde mate- riaalproeven met zeer geavanceerde apparatuur) die mea hier hanteert
m.b.t. materiaalonderzoek as in onze situatie niet hanteerbaar om twee re- denen :
-
Het uitgebreide experimentele gereedschap nodig voor structureel onder- zoek en materiaalbeproeving, is onbetaalbaar.- Be benaderingswijze ligt te erg in de materiaalkundige sfeer.
Meegebrachte literatuur:
Davidson et al.
-
Crack-tip Stresses as computed from Strains Determined by Stereo imaging. Exp. Mech. 23, 2 , 242-248, (1983).Davidson D.L., Lankford J.
-
Fatigue Crack Tip Strains in 7075-T6 Aluminium Alloy by Stereo imaging and Their Use in Crack Growth Models.Davidson D.L. - A model for fatigue crack advance based on crack tip metal- lurgical and mechanics parameters. - Acta Metall.
s,
5,
707-714, ( 1 9 8 4 ) .Davidson D.L., Lankford J. - Fatigue Crack Tip Mechanics o f a Powder Metal- lurgy Aluminium Alloy in Vacuum and Humid Air. Fatigue Engng. Mat. Str.
1,
29-39
,
(1984).Lankford J., Davidson D.L.
-
Near-Treshold Crack Tip Strain and Crack Ope-ning for Large and Small fatigue Cracks.
Williams D.R., Davidson D.L., Lankford J.
-
Fatigue-crack-tip PlasticHoofdstuk 7 : Universitv o f California, La Jolla
Gastheer: Y.C. Fung.
Fung houdt zich al zo'n 20 jaar bezig met de mechanica van zachte biolo- gische materialen. We hebben de volgende opstellingen gezien:
I. Studie naar de residuele spanningen in een rattehart. Op een rattehart wordt een vlekkenpatroon aangebracht. Het kloppende hart (in fysiologisch
zout, kunstmatig geprikkeld) wordt gefilmd. Daarna wordt een incisie in het hart gemaakt en nogmaals gefilmd. De bedoeling is om de positie voor en nd insnijden nauwkeurig te meten. Hiertoe analyseert men de film
beeldje voor beeldje. Daartoe neemt men m.b.v. een digitiser de contouren van de vlekjes in. Verwerking daarna gebeurt met een computer.
2. Opstelling om mechanisch gedrag van papillairspieren te meten. Grootste probleem blijkt het in conditie houden van de spier tussen operatie en positionering in de meetopstelling. Het is noodzakelijk om hieraan veel aandacht te besteden (door zuurstoftoediening en onderkoeling) waardoor de zogenaamde stabiliseringsfase sterk verkort wordt. Stabilisering is een geleidelijk opvoeren van de belasting tot een constante waarde van
(de lengte waarbij de contractiële kracht het grootst is) bereikt Lmax
is. Dit constant blijven van Lmax wordt gebruikt om na te gaan wanneer de spier begint a f te sterven.
Nen gebruikt een servokrachtopnemer (merk: Cambridge). De verplaatsing wordt bepaald aan de inklemming.
3 . De biaxiale trekproef opstelling. Uitvoerig beschreven in de literatuur.
De opstelling wordt gebruikt voor allerlei soorten zacht weefsel. De op-
stelling heeft een grote flexibiliteit. Een probleem is de ophanging van de proefstukjes. (Benodigde tijd, problemen met inscheuren). De opstel- ling wordt ook commercieel verhandeld (kosten $ 85.000).
4 . Rondleiding door laboratoria voor de studie van de microcirculatie. Op-
stellingen voor visualisering van microcirculatie. Men doet dit met ham- sters, ratten en konijnen. De losse huid van hamsters wordt gebruikt om visualisatie mogelijk te maken zonder dat daarvoor anaesthaesie nodig is. Drukmetingen doet men met de servo-gecontroleerde techniek van Wieder- hielm (American J. Phys. 207, 173-176, 1 9 6 4 ) .
Opvallend bij bovenstaande proefopstellingen is de enorme hoeveelheid "handwerk" bij de verwerking van meetresultaten. Innemen van data doet men i.h.a. met de hand, verdere analyse gaat via computers.
5 . Eeeldverwerking. Men is bezig met ontwikkeling van software om microcir- culatienetwerken te analyseren. Innemen van een netwerk met informatie over dikte van vaten, knooppuntscoördinaten en verbindingselementen
blijkt mogelijk. Groot probleem is nog om arteriën en venen van elkaar te onderscheiden.
Discussies met Fung:
-
Rij is van plan om zich te gaan bezighouden met cellen, groei van cellen onder invloed van spanning.- Bij discussies over constitutieve wetten uit Fung de gedachte dat het noodzakelijk is om structurele informatie in modelvorming te betrekken, omdat modellen anders een te beperkt deel van de werkelijkheid beschrij- ven.
- Probleem bij de door hem voorgestelde exponentiële materiaalwet voor pseu- do-elastisch gedrag vindt hij het grote aantal constanten (ofschoon dit aantal kleiner is dan bij modellen met polynomen). Om experimenteel één- duidige oplossingen te vinden suggereert hij om minder belangrijke parame- ters een geschatte waarde te geven en dan met de belangrijke parameters experimenteel te gaan fitten.
- Keuze van onderzoekprojecten laat hij voornamelijk afhangen van zijn per- soonlijke interesse en die van zijn partners.
-
Mengselmodellen beschouwt hij als een voorbeeld van het betrekken van structurele informatie in constitutieve modellen.- Men leidt in La Jolla duidelijk biomechanische ingenieurs op.
- In de Verenigde Staten is het een probleem dat steeds minder mensen kiezen voor fundamentele mechanica waardoor handhaven van "the state of the art" in gevaar komt!
Hoofdstuk 8 : Conclusies
-
Op de eerste plaats zijn we geïnformeerd over een veel breder gebied dan we oorspronkelijk verwacht hadden.- Experimenteel werk gecombineerd met numerieke rekenmodellen, om tot para- meter schatting te komen, zijn we niet tegengekomen. Dit lijkt nog een on-
ontgonnen terrein in de instituten die we bezocht hebben.
-
Met name de organisatie van de instituten, de wijze waarop ze aan geld ko- men en de hoeveelheden geld die zij kunnen investeren stemt tot nadenken. We moeten ons afvragen of een aantal aspecten hiervan niet zijn te verta- Pen naar de Nederlandse situatie en voor ons bruikbaar zijn. Met name op het gebied van Public Relations kunnen we veel leren. Elk instituut waar wij kwamen had materiaal klaarliggen voor bezoekers. Be meeste personen hadden op hun kamer posters en literatuur. Verder vaak dia-apparatuur en zelfs kleine proefopstellingen. Tegelijkertijd moeten we bij de keuze van onderzoekactiviteiten geen keuzes maken die op langere termijn vergelijk- bare investeringen vragen, want dan zullen we zonder meer de concurrentie- slag verliezen.- Een belangrijk aspect in dit geheel is dat wij minder geld hebben voor hardware, maar we hebben meer (vaste) mensen binnen een bepaald onderzoek.
- M.b.t. materialenonderzoek zijn we gestuit op het belang van structurele kennis. Puur fenomenologische modellen blijken te beperkt te zijn, dus het
is nodig om structurele inEormatie in de modellen op te nemen. Hier ligt echter een dilemma. De noodzakelijke apparatuur voor structureel onderzoek is bijzonder kostbaar en de benodigde expertise hebben wij niet in huis. De enige weg lijkt die van nauwe samenwerking met groepen die meer gespe- cialiseerd zijn in die richting en reeds over deze apparatuur beschikken. Binnen de biologische materialensfeer denken we enerzijds aan histologen, patholooganatomen en fysiologen (die op andere wijze en vanuit een andere probleemstelling naar het materiaal moeten gaan kijken dan ze gewend
zijn), anderzijds aan chemisch technologen. Vanuit de werktuigbouwkunde wordt dan de theoretische modelvorming en mechanische analyse verzorgd. Daarbij wordt gedacht aan trek/rek metingen (meer-dimensionaal), compres- siemetingen enzovoorts.
