Simulating the shredding process of multi-material structures for recyclability assessment

材料科学 过程(计算) 工艺工程 纤维 复制 接头(建筑物) 结构工程 机械工程 复合材料 计算机科学 工程类 数学 统计 操作系统
作者
Magdalena Heibeck,Jonas Richter,Andreas Hornig,Thomas Mütze,Martin Rudolph,Markus A. Reuter,Niels Modler,Angelos Filippatos
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:232: 112167-112167 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2023.112167
摘要

A sustainable future requires products to be recyclable. An important process in recycling is shredding where materials joined in multi-material structures are liberated or detached. Until now, no physics-based models exist to describe shredding processes adequately. The proposed approach uses finite element simulations to model the shredding of a multi-material structure (steel and fiber-reinforced polymers with an adhesion joint) in a rotary shredder based on previous experimental investigations. Simulations successfully replicate the shredding phenomena, but the stochastic nature of the process results in different load cases making a strict quantitative comparison between simulations and experiments challenging. Comparing similar load cases of two experiments and the corresponding simulations, the estimated liberation degree ranges from 56 % to 100 % (63 % to 99 % in experiments). The estimated energy consumption varies from 1.4 kWh/t to 1.7 kWh/t (1.0 kWh/t to 1.4 kWh/t in experiments), marking a significant step in achieving a reasonable physics-based estimation of required energy. However, the number of fiber-reinforced polymer fragments is underestimated, ranging from 22 to 50 fragments (50 to 78 in experiments). The presented method is a novel contribution to recyclability assessment and recycling-oriented design.
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