Use of simulation analysis to optimize plastics containing natural fibers

Taveniny plastù vykazují odlišné teèení, pokud obsahují pøírodní vlákna: pøírodní vlákna jsou v prùmìru delší a pružnìjší, což mj. zpùsobuje jejich nižší hustotu a vyšší objemový podíl pøi stejném hmotnostním pomìru, pokud je porovnáváme s plnivem ze sklenìných vláken. Z tohoto dùvodu není možné k simulaèním analýzám použít výpoètový model pro sklenìná vlákna.

Obr. 1: Pøírodní materiály, které mohou být využity k pøípravì vláken pro plastikáøský prùmysl: sisal, konopí, pšenièná sláma, len, kenaf (vlákno z ibišku konopovitého), regenerovaná celulóza a døevìná vlákna

Výše uvedené bylo hlavním dùvodem, proè se nìmecká firma Simcon GmbH, dodavatel simulaèních softwarù Cadmould^® a Varimos^® pro optimalizaci vstøikování plastù, zapojila do výzkumného projektu s názvem „Materiálové a tokové modely pro vstøikované materiály s obsahem pøírodních vláken, podpora použití pøírodních vláken v automobilovém prùmyslu“. Na projektu spolupracovala øada dalších významných firem a institucí jako napø. Ford, Universita ve Wisconsin-Madisonu, Universita v Brémách, WKI Hannover, Institut Fraunhofer, International Automotive Components, LyondellBasell a další.

V rámci výzkumného projektu byly postupnì provedeny následující kroky:

a) Na universitì v Madisonu byl vytvoøen mikromechanický model pro popis chování pøírodních vláken pøi proudìní s bilancí sil pùsobících na jednotlivá vlákna.

b) Na universitì v Brémách a na WKI Hannover byla zjištìna orientace pøírodních vláken v reálných tìlesech pomocí mikro-CT-snímkù.

c) Nový výpoètový modul byl vložen do výpoètového jádra softwaru Cadmould^® a návaznì byla provedena øada porovnávacích mìøení s využitím poèítaèové tomografie.

d) Pro zamezení kvalitativních vad byly stanoveny nové technologické parametry vstøikování plastových materiálù obsahujících pøírodní vlákna. Vhodné parametry jsou ponìkud odlišné od dosud bìžnì používaných hodnot.

e) K dalšímu ovìøení nového simulaèního modulu posloužily crash testy, pøi kterých bylo porovnáváno crash chování reálných dílù se simulaèními matematickými výpoèty. Orientace pøírodních vláken vypoèítaná softwarem Cadmould^® byla s využitím programu Cadmould^® Converse pøenesena do softwarù LS-DYNA a RADIOSS, ve kterých byly provedeny strukturální výpoèty.

Pøi všech porovnáních byly nalezeny dobré shody mezi simulacemi a výsledky reálných mìøení. Na obrázku 2 je doložena shodnost deformaèního výpoètu s reálnou deformací dílu.

Obr. 2: Vypoèítaná deformace PP dílu plnìného sisalem a deformace reálného dílu. Deformace jsou shodné ve smìru i velikosti.

Výsledkem výzkumného projektu je nový funkèní simulaèní modul softwaru Cadmould^®, vycházející z mikromechanického modelu zpracovaného na univerzitì v Madisonu, který umožní analýzy plastových výrobkù s obsahem pøírodních vláken. Simulace tak dokáží komplexnì pokrýt požadavky prùmyslu. Dalším úkolem firmy Simcon je pak dále rozvíjet a zdokonalovat nový simulaèní modul s cílem dosáhnout co nejlepších analýz materiálù obsahujících rùzné typy pøírodních vláken.

www.cadmould.cz