Výzkum nízkohustotních kompozitních pěn s přírodními vlákny pro návrh výplně automobilových sedaček

Ing. Pavel Srb

Doctoral thesis

Research of Low-density Composite Foam with Natural Fibers for Car Seats Cushion

Abstract:

Snižování škodlivých emisí a energetické náročnosti provozu jsou v současnosti jedny z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících aktuální trendy vývoje částí pro automobilový průmysl, zejména díky legislativním regulacím o snížení produkce skleníkových plynů. Jednou z možností, jak mohou tohoto cíle výrobci dosáhnout, je snížení hmotnosti jednotlivých dílů automobilu, při zachování nebo zlepšení jejich užitných vlastností. Požadavek na snížení hmotnosti se proto týká i výplní automobilových sedaček. Předkládaná disertační práce se zabývá výzkumem nízkohustotních kompozitních pěn s přírodními vlákny, použitelných jako výplně automobilových sedaček. Byly provedeny řady analýz a rozborů struktur vybraných vzorků standardních polyuretanových pěn a navrhnutých nízkohustotních kompozitních pěn s přírodními vlákny. Dále byly experimentálně určeny vybrané mechanické vlastnosti těchto vzorků pomocí laboratorních zařízení. Na základě těchto analýz, rozborů a měření byly stanoveny důležité parametry jako kontaktní tlaky, tuhost a tlumení, které jsou důležité pro návrh kompozitního materiálu vhodného pro konstrukci výplně automobilové sedačky. Následně byly za pomoci modelových simulací metodou konečných prvků (MKP) vytvořeny strukturní modely umožňující studovat a vizualizovat rozložení napětí mezi vlákny a strukturou polyuretanové pěny. Dále byl sestaven konstrukční návrh a realizován vzorek výplně automobilové sedačky z kompozitní nízkohustotní pěny s kokosovými vlákny. Pro testování vlastností funkčních vzorků výplní i celých automobilových sedaček byla navržena a sestavena experimentální zařízení. Navrhnuté řešení výplně automobilové sedačky z kompozitní nízkohustotní pěny s kokosovými vlákny má odpovídající mechanické a komfortní vlastnosti ve srovnání s čistou polyuretanovou pěnou a proto může být alternativním řešením vývoje automobilových sedaček.

Abstract:

Reduction of both harmful emissions and energy performance intensity of transportation currently ranks among the most important factors influencing the current trends in the development of components used in the automotive industry, particularly due to the legislative regulations concerning the reduction of greenhouse gases. For car makers, one of the possible ways of how to achieve such a goal is to reduce the weight of individual car components while maintaining or improving their in-use material properties. Therefore, the requirement of weight reduction also applies to car seat fillers. This thesis deals with the research of low-density natural-fiber composite foams, which can be used as car seat cushion fillers. A number of structure analyses of selected samples of standard polyurethane foams and designed low-density natural-fiber composite foams were carried out. Further, selected mechanical properties of these samples were measured by means of laboratory apparatus. On the basis of these analyses and measurements, important parameters such as contact pressures, stiffness and damping, parameters which are important for the design of composite material suitable for the construction of car seat cushion filler, were determined. Subsequently, there were created structural models enabling us to study and visualize the stress distribution between the fibers and the polyurethane foam structure, the structural models were created by means of model simulations using the finite elements. Next, the structural design was drawn up and a sample of the car seat cushion filler made of low-density coconut-fiber composite foam was created. Experimental testing devices were designed and built for testing of the static and dynamic properties of functional seat cushions fillers and complete car seats as well. The proposed solution to the car seat cushion filler made of low-density coconut-fiber composite foam has the corresponding mechanical and comfort properties compared to plain polyurethane foam and therefore it can serve as an alternative solution to car seat development.

Keywords

automobilová sedačka, výplně automobilových sedaček, nízkohustotní kompozitní pěna s přírodními vlákny, MKP, nelineární mechanické vlastnosti, přenos vibrací

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 7. 2018

Thesis defence

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Machines and Equipment / Machine and Equipment Design