Breukenvoorspeller

Onderzoek: ‘An efficient approach to the modeling of compressive transverse cracking in composite laminates’
Eindcijfer: 8,5

Composietlaminaat is een relatief nieuw materiaal”, zegt Wouter Steenstra (26). “Doordat het de sterkte van vezels combineert met een laminaatstructuur, is het in alle richtingen sterk en licht. Een goede eigenschap, maar het maakt de structuur tegelijk wel complex, waardoor het moeilijk is te voorspellen wanneer het stuk gaat. Het kan bijvoorbeeld delamineren, of de vezels kunnen breken wanneer je eraan trekt.” In de praktijk blijkt een combinatie plaats te vinden, waarbij onder drukbelasting schuine breuken – scheuren, eigenlijk – in het materiaal ontstaan. De beschadiging bij trekbelasting is weer anders.

En dat is voor computermodellen moeilijk te verwerken. Steenstra vroeg zich af of het mogelijk is om die schuine scheuren bij drukbelasting in een computermodel te vertalen naar rechte blokjes. Bij teveel drukkracht schuiven die over elkaar, in plaats van schuin langs elkaar zoals in een echte schuine scheur. Op die manier is het breukmoment veel gemakkelijker te simuleren.

Hij moest er ‘even’ een nieuwe programmeertaal voor leren, maar de conclusie was duidelijk: ja, zo’n programma is mogelijk. “Maar omdat het nog niet vaak gemodelleerd is, is nog weinig experimentele data voorhanden”, vertelt de ingenieur. “Ik moest vervolgens dus zelf een programma bouwen, op een sterk versimpelde manier. In een simulatie van een laminaat van drie laagjes liet ik één scheur ontstaan. In de praktijk is dat laminaat veel complexer, en ontstaan veel meer scheurtjes. Het was dus een eerste stap in het modelleren van hoe composietlaminaat reageert op druk, maar er is nog heel veel vervolgonderzoek nodig.”

Daarvoor stelde Steenstra samen met zijn afstudeerbegeleider een paper op náást zijn scriptie, en zijn onderzoeksresultaten worden gepubliceerd. “Er komt nu experimentele data beschikbaar. In Portugal werken onderzoekers aan hetzelfde onderwerp en dankzij mijn resultaten kunnen zij nu verder.” Ook Airbus toont interesse, zegt hij. “Dit soort modellen maakt het behalen en behouden van veiligheidscertificaten opeens een stuk eenvoudiger.”
Een dankbaarder resultaat is bijna niet denkbaar voor een ingenieur in wording. “Weinig civiele-techniekstudenten studeren af op composieten. En dat terwijl dit uiteindelijk een heel toegepast probleem was, ondanks dat het aankwam op die hard programmeren. Ik heb een complex probleem opgelost met een versimpelde simulatie, alleen eens niet voor een dijk of brug.” Momenteel werkt Steenstra bij een parkeeradviesbureau, waar hij wederom programmeert, maar nu op het gebied van data-analyse van betaald parkeren. “Dat had ik inderdaad niet kunnen bedenken toen ik begon aan mijn opleiding civiel”, lacht hij. “Dat geldt voor elke stap die ik tijdens mijn opleiding heb genomen. Ik durf dus niet te voorspellen wat de toekomst brengt. Voor hetzelfde geld kom ik weer terug bij waar ik mijn studie ooit begon, en sta ik over een paar jaar vol overgave beton te storten.” Mét één belangrijk verschil dan: hij rijdt daarna naar huis op een racefiets, die dankzij zijn eigen werk onbreekbaar is.