Prediction of elastic properties of polyurethane-infiltrated carbon foams

Abstract

This paper presents micromechanical approach to assessment of elastic properties of composite polyurethane-carbon foams. Analysis is based on specific choice of RVE combined with micro-macro transition. It leads to evaluation of strength and elastic constants of a composite. Foam behaviour is investigated numerically. Solid skeleton part shape is based on the tetrahedron cut out with spheres. 3D unit cell model is FE discetized. Calculations are performed for foams of selected densities using ABAQUS system. The comparison shows good agreement between the theoretical approach and experimental data. The presented method may be applied to design novel materials such as graphitized foam and nano composites and tailoring these materials for desired elastic properties.

Artykuł przedstawia zastosowanie podejścia mikromechanicznego do oszacowania własności sprężystych kompozyto¬wych pian poliuretanowo-węglowych. Analiza ośrodka sprężystego jest oparta na podejściu mikromechanicznym, które prowadzi do określenia własności sprężystych kontinuum, jakim jest materiał kompozytowy na podstawie reprezentatywnej komórki. Kształt szkieletu komórki jest oparty na czworościanie z wyciętymi sferami wypełnionymi innym ma¬teriałem. Obliczenia są przeprowadzone programem ABAQUS metodą elementów skończonych. Porównanie wyników numerycznych i eksperymentalnych dla wybranych gęstości pian wskazuje na dużą zgodność przewidywań teoretycz-nych z eksperymentem. Przedstawiona metoda może być użyta do projektowania pian kompozytowych o z góry zadanych własnościach sprężystych.