Transcript Seminar_110511_hornik

Realizace experimentálního měření
dynamických tahových zkoušek
polymerních materiálů
Petr Horník
školitel: doc. Ing. Antonín Potěšil, CSc.
Účel disertační práce
•
•
Poskytnout vstupní materiálová data plastových dílů
automobilu pro simulace kolizních stavů mezi člověkem
a vozidlem.
Bezpečnost posádky automobilu, bezpečnost chodců
bezpečnost posádky
interiér
bezpečnost chodců
exteriér
Cíle disertační práce
1.
Rozbor teorie materiálových modelů a modelů v sw FEM
2.
Návrh experimentálního zařízení umožňující naměření
materiálových charakteristik
3.
Návrh metodiky na stanovení parametrů materiálových modelů
4.
Realizace a zprovoznění experimentálního zařízení
5.
Provedení experimentálních měření a jejich zpracování
6.
Sestavení výpočtového modelu pro napěťově-deformační
analýzu (náraz do plastového dílu automobilu)
7.
Ověření na skutečném výrobku a vyhodnocení dosažených
výsledků
Struktura vybraného materiálového modelu
ze SW PAM-CRASH
G‘Sell-Jonasův vztah
 
  K  exp   1  exp w    exp h   2
T 

K – koeficient konzistence
w – koeficient viskoelasticity
h – koeficient deformačního zpevnění
m – koeficient citlivosti na rychlost deformace
 - koeficient vlivu teploty
Materiálový model reflektuje:
• deformační zpevnění
• zpevnění vlivem růstu rychlosti deformace
• změkčení vlivem zvýšení teploty
• separaci uvedených jevů
  
  
 o 

m
Vliv rychlosti deformace
2
1
o

K2
K1
Ko
Eo  E1  E2
k

Závislost () pro G´Sell-model
– vliv rychlosti deformace
Zkoušené materiály
• plasty vyvinuté pro potřeby automobilového
průmyslu
• houževnaté termoplasty - zpravidla plasty z PP
matricí
• možné zkoušené materiály:
•
•
•
•
•
•
SABIC PPcompound 108CSF10
SUMIKA D320G02
MITSUI CI-005
BORCOM WE007AE
FINALLOY EF-56/8HF
BASELL – HIFAX TYC 852X E
Zkušební vzorky
12
• odebírané z reálných plastových výlisků (blatníky,
nárazníky,...) ve směrech 0° a 90°
5
Návrh experimentálního zařízení
Požadavky:
• umožnit měření mechanických vlastností v tahu
(sestavení tahového diagramu)
– měřené veličiny: síla, prodloužení, rychlost zatížení,
teplota
• dosáhnout požadovaného rozsahu:
– rychlostí deformace: až 102 s-1 (předpoklad konstantní
rychlosti deformace v průběhu měření)
– teplot: -10 až +80°C
Návrh experimentálního zařízení
1. upínací přípravek
• pro univerzální trhací zařízení (INSTRON)
• lze realizovat zkoušky v tahu pro rychlosti
zatížení odpovídající statickým zkouškám až po
rychlosti 8 mm/s
Návrh experimentálního zařízení
2. padostroj
• zařízení využívající kinetickou
energii padajícího razníku k
přetržení zkoušeného vzorku
• rychlosti zatížení řadově v
jednotkách m/s, odpovídá
rychlosti deformace v řádech 101
až 102 s-1
konstantní rychlost zatížení v průběhu měření
Displacement [mm] vs time [s]
30
25
20
15
10
5
0
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
Návrh experimentálního zařízení
portál
horní (pevná)
čelist
zkušební vzorek
spodní (suvná) čelist
posuv spodní čelisti
Naměřené průběhy tahových křivek
měřicí zařízení: univerzální trhačka INSTRON
rychlost deformace: 0,67 s-1
rychlost deformace: 23°C
materiál: Sumika
35
curve fitting
measured
30
True Stress [MPa]
25
20
15
10
5
0
0%
10%
20%
30%
True Strain [% ]
40%
50%
Naměřené průběhy tahových křivek
600
A
D
E
500
400
Force [N]
měřicí zařízení: padostroj
rychlost deformace: 82 s-1
rychlost deformace: 23°C
materiál: Sumika
C
B
300
200
100
0
0
5
10
15
20
25
Elongation [mm]
A
B
C
D
E
Ukázka záznamu z vysokorychlostní kamery
měřicí zařízení: padostroj
rychlost deformace: 82 s-1
rychlost deformace: 23°C
materiál: Sumika
Naměřené průběhy tahových křivek
měřicí zařízení: padostroj
rychlost deformace: 82 s-1
rychlost deformace: 23°C
materiál: Sumika
60
measured
curve fitting
True Stress [MPa]
50
40
30
20
10
0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
True Strain [-]
0,25
0,30
0,35
0,40
Porovnání tahových křivek – vliv materiálu
40
měřicí zařízení: padostroj
rychlost deformace: 82 s-1
teplota: 23°C
35
True Stress [MPa]
30
sumika
25
sabic
mitsui
20
finalloy
borcom
15
bassel
10
5
0
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
True Strain [-]
k [MPa]
w [-]
h1 [-]
E [MPa]
σsml [MPa]
εm [-]
AVG
24,3
87,2
0,98
2114
24,3
108,1
basell
SMODCH
0,4
2%
12,9
15%
0,08
8%
301
14%
0,4
2%
14,9
14%
AVG
26,8
63,3
1,29
1697
26,8
163,1
borcom
SMODCH
0,6
2%
8,4
13%
0,09
7%
229
14%
0,6
2%
35,4
22%
AVG
23,2
87,9
1,15
2039
23,2
113,3
finalloy
SMODCH
0,7
3%
13,1
15%
0,11
9%
330
16%
0,7
3%
19,1
17%
AVG
27,6
75,6
1,28
2087
27,6
114,1
mitsui
SMODCH
0,4
1%
6,3
8%
0,05
4%
174
8%
0,4
1%
15,5
14%
AVG
26,6
95,1
1,21
2530
26,6
146,1
sabic
SMODCH
0,2
1%
25,0
26%
0,10
8%
675
27%
0,2
1%
60,7
42%
AVG
28,4
99,5
1,28
2822
28,4
151,3
sumika
SMODCH
0,5
2%
8,9
9%
0,06
5%
224
8%
0,5
2%
50,6
33%
Porovnání tahových křivek – vliv rychlosti
deformace
teplota: 23°C
40
35
True Stress [MPa]
30
sumika 82 s-1
25
sabic 82 s-1
mitsui 82 s-1
20
sumika 0,67 s-1
sabic 0,67 s-1
15
mitsui 0,67 s-1
10
5
0
0,00
0,10
0,20
0,30
True Strain [-]
0,40
0,50
Další postupy pro měření
• Naměřit materiály pro více deformačních
rychlostí
• Na základě měření analyzovat vliv orientace
vzorků, vliv lakování atd.
• Vypracovat metodiku měření pro spolehlivé
určení modulu pružnosti
• Vypracovat metodiku měření za nízkých a
vysokých teplot
Děkuji za pozornost