MARC

 008260126s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)GeorgiaTech75188
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.112
■1001  ▼aWagner,  Karla  B.
■24510▼aCharacterization  and  Effects  of  Heterogeneities  on  Shock  Compression  Properties  in  High-Solids  Loaded  Additively  Manufactured  Polymer  Composites
■260    ▼a[Sl]▼bGeorgia  Institute  of  Technology▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a188  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Thadhani,  Naresh.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Georgia  Institute  of  Technology,  2024.
■520    ▼aHigh-solids  loaded  polymer  composites  contain  several  hierarchies  of  heterogeneities  and  are  of  interest  for  use  as  ceramic  green  bodies  and  energetic  crystals  embedded  in  a  polymer  matrix.  The  recent  and  rapid  growth  of  additive  manufacturing  (AM)  and  the  engineering  need  for  more  complex  geometries  and  individualized  products  has  led  to  a  surge  of  interest  in  fabricating  high-loading  particle  composites  via  AM.  In  particular,  Direct  Ink  Write  (DIW)  extrusion  involving  layer-by-layer  deposition  of  a  composite  paste  made  of  a  high-loading  of  solids  and  a  curable  polymer  binder  is  used  to  fabricate  such  composites  in  different  geometries  and  forms.  The  layers  can  be  deposited  to  form  various  structures,  such  as  the  colinear  structure  (filaments  and  layers  are  all  parallel)  and  the  log-cabin  structure  (filaments  in  a  single  layer  are  all  parallel,  each  layer  is  perpendicular  to  the  previous  one).  This  technique  is  very  convenient  for  fabricating  composite  structures,  since  the  highly  viscous  nature  of  the  high-solids  loaded  paste  can  be  countered  with  the  use  of  shear-thinning  binders  and  there  are  no  heat  effects  to  consider.  However,  DIW-AM  introduces  further  complexity  in  composites  due  to  formation  of  process-inherent  heterogeneities  such  as  particle  aggregation  or  porosities,  which  can  be  random,  directional,  or  stochastic.  The  structure  and  composition  of  such  materials  vary  across  several  length  scales,  resulting  in  processing  and  mechanical  behavior  that  is  difficult  to  predict  or  understand.Shock-compression  of  heterogeneous  particle-filled  polymer  composites  often  involves  complex  interactions,  which  can  make  it  difficult  to  predict  their  dynamic  mechanical  properties.  The  shock  compression  behavior  is  often  dominated  by  mesoscale  defects  (including  porosity)  or  interactions  of  the  shock  wave  with  interfaces  and  particulates.  Traditional  diagnostic  methods,  such  as  velocity  interferometry,  enable  temporally-resolved  measurements,  but  are  limited  in  spatial  resolution  and  generally  provide  volume-averaged  responses.  Spatially  resolved  measurements  are  therefore  also  necessary  to  provide  sufficient  information  regarding  the  mesoscale  processes  which  dominate  performance  of  such  materials.  X-ray  phase  contrast  imaging,  a  spatially  and  temporally  resolved  technique,  in  conjunction  with  traditional  velocimetry,  can  enable  observation  of  the  effects  of  hierarchical  heterogeneities  on  shock  compression  response.  In  this  work,  the  effect  of  print  geometry  and  porosity  (process  inherent  heterogeneities)  on  the  shock  compression  response  of  an  additively  manufactured  high-solids  loaded  composite  is  studied.  The  composite  contains  three  reinforcing  phases:  two  inorganic  particles  and  one  organic  particle,  all  with  differing  size  distributions  and  morphologies.  They  are  surrounded  by  a  UV-curable  polymer  binder.In  order  to  investigate  the  effect  of  these  process  inherent  heterogeneities  on  shock  response,  the  high-solids  loaded  composite's  microstructure  is  first  quantitatively  characterized  via  microcomputed  tomography  imaging  and  computational  analysis  in  three  dimensions.  Next,  the  composite  undergoes  plate-impact  experiments  at  Argonne  National  Laboratory's  Advanced  Photon  Source's  Dynamic  Compression  Sector,  with  X-ray  PCI  used  as  an  in-situ  and  in-material  diagnostic.  This  is  combined  with  PDV  for  validation.  The  phase  contrast  images  are  analyzed  in  order  to  measure  shock  and  particle  velocities  directly  from  the  translation  of  the  shock  wave  and  particles  over  time.Finally,  the  effects  of  print  geometry,  impact  direction  relative  to  print  orientation,  and  porosity  are  studied  by  combining  the  aforementioned  structural  characterization  with  the  shock  response  of  the  material  determined  via  X-ray  PCI.  This  reveals  that  print  geometry  does  result  in  differing  macroscale  shock  response  (quantified  with  EOS),  and  that  print  geometry,  impact  orientation,  and  pore  morphology  all  have  an  effect  on  microscale  shock  response  (quantified  with  pore  collapse  velocity).  We  expect  that  these  factors,  only  studied  on  a  relatively  small  scale  in  this  work,  will  become  more  exaggerated  as  sample  size  and  therefore  quantity  of  heterogeneities  grows.
■590    ▼aSchool  code:  0078.
■650  4▼aPorosity
■650  4▼aMechanical  properties
■650  4▼aPolymers
■650  4▼aTomography
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■690    ▼a0794
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■71020▼aGeorgia  Institute  of  Technology.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05B.
■790    ▼a0078
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360606▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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