Numerical and experimental evaluation of mechanical performance of the multifunctional energy storage composites

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作者
Yinan Wang,Fu‐Kuo Chang
出处
期刊:Journal of Composite Materials [SAGE Publishing]
卷期号:56 (2): 199-212 被引量:4
标识
DOI:10.1177/00219983211049504
摘要

This work presents numerical simulation methods to model the mechanical behavior of the multifunctional energy storage composites (MESCs), which consist of a stack of multiple thin battery layers reinforced with through-the-hole polymer rivets and embedded inside carbon fiber composite laminates. MESC has been demonstrated through earlier experiments on its exceptional behavior as a structural element as well as a battery. However, the inherent complex infrastructure of the MESC design has created significant challenges in simulation and modeling. A novel homogenization technique was adopted to characterize the multi-layer properties of battery material using physics-based constitutive equations combined with nonlinear deformation theories to handle the interface between the battery layers. Second, mechanical damage and failure modes among battery materials, polymer reinforcements, and carbon fiber-polymer interfaces were characterized through appropriate models and experiments. The model of MESCs has been implemented in a commercial finite element code in ABAQUS. A comparison of structural response and failure modes from numerical simulations and experimental tests are presented. The results of the study showed that the predictions of elastic and damage responses of MESCs at various loading conditions agreed well with the experimental data. © 2021
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