Experimentální metodika stanovení mechanických vlastností houževnatých plastů

Ing. Petr Horník

Disertační práce

Experimental methodology of determination of ductile plastics mechanical properties

Anotace:

Tato disertační práce si klade za cíl zpřesnění výsledků numerických simulací fyzických zkoušek nárazníků. Tohoto zpřesnění se snaží dosáhnout zkvalitněním materiálového popisu, jenž vstupuje do konečně-prvkového materiálového modelu. Tématem práce je návrh experimentální metodiky identifikace mechanických vlastností houževnatých polymerních materiálů využívaných při konstrukci nárazníků. U této experimentální metodiky je zároveň kladen důraz na minimalizaci experimentálních prací. To vede ke zkrácení doby experimentů a tím ke snížení nákladů. To je podstatná skutečnost pro využívání této metodiky v praxi. Zmiňovaná experimentální metodika identifikace mechanických vlastností v sobě obecně zahrnuje volbu, příp. návrh: zkušebních zařízení, typu a podmínek experimentálních zkoušek a jejich provázanost, způsob zpracování naměřených dat a jejich interpretace ve vztahu k používaným typům konečně-prvkových materiálových modelů. Návrh skladby a podmínek experimentálních zkoušek této metodiky vychází z podmínek fyzických zkoušek nárazníků. Tyto podmínky jsou velmi rozličného charakteru z hlediska teploty, rychlosti zatížení (rychlosti deformace) nebo doby působení zatížení. Nárazníky se zkouší na statická a rázová zatížení, ale i na kríp. Teploty se pohybují v rozsahu od -40 °C do +80 °C. Experimentální práce probíhají na třech zařízeních (univerzální zkušební zařízení, dynamicko-mechanický analyzátor a padostroj). Padostroj, sloužící k realizaci rázových zkoušek v tahu, byl navržen pro účely této práce. Na základě experimentálně získaných dat je vytvořen konečně-prvkový materiálový model. Ten je verifikován experimentální rázovou zkouškou nárazníku. Jsou porovnávány výsledky dvou simulací s experimentem. První simulace obsahuje původní konečně-prvkový materiálový model užívaný v dosavadní praxi. Druhá simulace používá nový konečně-prvkový materiálový model vytvořený dle představené experimentální metodiky. Porovnání ukazuje, že nový materiálový model dosahuje přesnějších a kvalitnějších výsledků než model původní. To dokazuje naplnění vytyčeného cíle této práce.

Abstract:

Aim of the thesis is to achieve more precise of numerical simulations results of physical car bumper tests. It will be achieved through improving the material description, which is inserted into the finite element material model. The theme of the thesis is to create an experimental methodology for identification of mechanical properties of ductile polymer materials used in the design of the bumpers. There is also important to minimize of experimental work in this experimental methodology. It leads to shortening of the experiments and thus reduces costs. It is essential to use the methodology in practice. The mentioned experimental methodology of identifying the mechanical properties generally includes selection or design of: test equipment, the type and conditions of the experiments and their interconnection, the way data processing and interpretation in relation to the used type of finite element material model. Composition and conditions of experimental tests of the methodology is based on the physical car bumper tests. These conditions are very different kind in terms of temperature, load velocity (strain rate) and duration of load. Temperatures range from -40 °C to +80 °C. Experimental work is performed on three devices (universal testing machine, dynamic-mechanical analyzer and drop tester). Drop tester has designed for the implementation of the tensile impact test for the purposes of this thesis. Finite element model has based on the experimental data. The model has verified by experimental car bumper impact test. The results of two simulations were compared with experiment. The first simulation was based on the original finite element material model used in current practice. The second simulation used a new finite element material model based on the presented experimental methodology. The comparison shows that the new material model achieves more accurate and better results than the original model. This fact demonstrates the fulfillment of given aim of this thesis.

Klíčová slova

automobilový nárazník, polymer, mechanické vlastnosti, experiment, padostroj, konečně-prvkový model

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 5. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 10. 2015
• Vedoucí: doc. Ing. Antonín Potěšil, CSc.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Doktorský studijní program / obor:
Aplikované vědy v inženýrství / Aplikované vědy v inženýrství