Numeričko modeliranje mehaničkog ponašanja polimernog materijala ojačanog staklenim vlaknima

undergraduate thesis

• Title: Numeričko modeliranje mehaničkog ponašanja polimernog materijala ojačanog staklenim vlaknima : Numeričko modeliranje mehaničkog ponašanja polimernog materijala ojačanog staklenim vlaknima
• Title (english): Numerical modelling of the mechanical behaviour of a glass fibre reinforced polymer : Numerical modelling of the mechanical behaviour of a glass fibre reinforced polymer
• Author: Karlo Tonković
• Mentor: Darko Ivančević (mentor)
• Committee member: Vera Rede (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Dragutin Lisjak (član povjerenstva)
• Committee member: Miro Hegedić (član povjerenstva)
• Committee member: Darko Ivančević (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2020-02-28, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering; Production Mechanical Engineering

Abstract

Plastomeri ojačani staklenim vlaknima sve više se koriste u proizvodnji. Kako mehaničke karakteristike polimera ojačanog vlaknima variraju s orijentacijom vlakana i geometrijom konstrukcije, numeričke simulacije upotrebom izotropnih i anizotropnih materijalnih modela daju vrlo različite rezultate. U ovom radu provedena su eksperimentalna ispitivanja da bi se istražio utjecaj ortotropije na vlačna svojstva PBT (polibutilen tereftalat) smole ojačane jednoliko usmjerenim kratkim staklenim vlaknima. Zbog dobrih mehaničkih svojstava, polimerni materijal polibutilen tereftalat je vrlo rasprostranjen u električnoj i automobilskoj industriji. Za određivanje elastičnih konstanti materijala provedeni su jednoosni vlačni testovi pod 0°, 45° i 90° u odnosu na glavne pravce ortotropije za dvije debljine epruveta. Proces opterećivanja je praćen primjenom tehnike korelacije digitalne slike. Na temelju dobivenog eksperimentalnog ponašanja materijala i provedene analize rezultata, zaključeno je da vlačna čvrstoća i elastične konstante ovise o debljini uzorka.
Nadalje, provedena je numerička simulacija vlačnog testa primjenom jednog linearnog heksaedarskog konačnog elementa, kao i analizom cijele 3D geometrije uzorka. Analiza je ograničena na slučaj malih deformacija i linearno-elastičnog ponašanja materijala. Dobiveno je vrlo dobro poklapanje numeričkih i eksperimentalnih rezultata.
Na kraju, zadnji dio rada bavi se numeričkim modeliranjem procesa deformiranja standardnog električnog konektora za automobilsku industriju. Numeričke simulacije provedene su na osiguraču položaja konektora. Ovdje je analizirano izotropno i ortotropno ponašanje materijala. Numerički rezultati su zatim uspoređeni s eksperimentalnim mjerenjima.

Abstract (english)

Glass fibre reinforced thermoplastics are increasingly used in manufacturing. Since the mechanical performance of fibre reinforced plastics varies with fibre orientation and structure geometry, numerical simulations using isotropic and anisotropic material models would give very different results. In this work an experimental study was conducted to investigate the effect of orthotropy on the tensile properties of the unidirectional short glass fibre reinforced PBT resin. Due to favourable mechanical characteristics, PBT is highly popular in the electrical and car industry. The uniaxial tensile tests at 0º, 45º and 90º to the main directions of orthotropy and with two thicknesses were carried out to determine elastic constants of the material. Loading process was acquired by digital image correlation technique. Based on the observed experimental behaviour and the analysis performed, it is concluded that the tensile strength and elastic constants depend on the specimen thickness.
Furthermore, the numerical simulation of the tensile test was carried out using single linear hexahedral finite element as well as using the full 3D specimen geometry. The analysis was limited to the small strain and linear-elastic material behaviour assumptions. A very good agreement between numerical and experimental results is obtained.
Finally, the last part of the work deals with the numerical modelling of the deformation processes of the standard electrical connector for automotive industry. Numerical simulations were conducted on the connector position assurance component. Here, an isotropic and orthotropic material behaviour was analysed. Numerical results are then compared with experimental measurements.

• Keywords: polibutilen tereftalat (PBT); staklena vlakna; vlačni test; ortotropni materijalni model; karakterizacija materijala; numerička simulacija; električni konektor.
• Keywords (english): polybutylene terephthalate (PBT); glass fibres; tensile test; orthotropic material model; material characterization; numerical simulation; electrical connector
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:448924
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Embargoed access; Embargo expiration date: 2025-02-26
• Created on: 2020-02-26 23:57:29