Numerička i eksperimentalna analiza procesa deformiranja električnog konektora izrađenog od staklenim vlaknima ojačanog PBT-a

diplomski rad

• Naslov: Numerička i eksperimentalna analiza procesa deformiranja električnog konektora izrađenog od staklenim vlaknima ojačanog PBT-a : Numerička i eksperimentalna analiza procesa deformiranja električnog konektora izrađenog od staklenim vlaknima ojačanog PBT-a
• Naslov (engleski): Numerical and experimental analysis of the deformation process of a glass fibre reinforced PBT electrical connector : Numerical and experimental analysis of the deformation process of a glass fibre reinforced PBT electrical connector
• Autor: Karlo Tonković
• Mentor: Darko Ivančević (mentor)
• Član povjerenstva: Vera Rede (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Lidija Ćurković (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2021-12, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo

Sažetak

U radu je provedeno eksperimentalno istraživanje i numeričko modeliranje procesa deformiranja kućišta električnog konektora za automobilsku industriju kojeg proizvodi tvrtka Yazaki Europe Ltd. Konektor je izrađen od polimernog materijala polibutilen tereftalat (PBT) ojačanog s 20 % kratkih staklenih vlakana. Cilj rada je bio istražiti utjecaj nepravilnosti koje se javljaju na kućištu tijekom proizvodnje tehnologijom brizganja, na mehaničko ponašanje kućišta, točnije dijela kućišta koji se naziva kopča za zaključavanje konektora. Kako bi se provjerila mogućnost brizganja analizirane komponente, u prvoj fazi rada provedena je numerička simulacija brizganja kućišta pomoću programskog paketa Moldflow. Nakon toga je proizvedena komponenta analizirana pomoću CT uređaja koji se temelji na 3D mikroračunalnoj tomografiji X-zrakama. Na temelju analiziranih podataka utvrđeno je da su staklena vlakna u kopči konektora usmjerena jednoliko u longitudinalnom (uzdužnom) smjeru kopče. Iz tog razloga su provedena eksperimentalna ispitivanja mehaničkog ponašanja materijala PBT-a na epruvetama debljine jedan milimetar s vlakanima usmjerenim u smjeru longitudinalne osi epruvete. Za određivanje pomaka i izračun deformacija na cijeloj plohi uzorka za vrijeme vlačnih testova primjenjena je optička metoda koja se temelji na metodi korelacije digitalne slike. Provedenim ispitivanjem dobiven je dijagram naprezanje - deformacija koji je za potrebe računalne simulacije modeliran primjenom elastoplastičnog materijalnog modela. Osim toga, zbog jednolike orijentacije staklenih vlakana u kopči konektora i zbog toga što je kopča kao konzola opterećena samo na savijanje ponašanje analiziranog materijala pretpostavljeno je kao izotropno. Eksperimentalnim ispitivanjem dobivene su manje vrijednosti karakteristika materijala u odnosu na vrijednosti preuzete od proizvođača materijala. Nadalje je provedeno numeričko modeliranje vlačnog testa epruvete, kao i verifikacija numeričkog modela za analizu elastoplastičnog ponašanja materijala konzole opterećene na savijanje. Za potrebe validacije numeričkog modeliranja procesa deformiranja kopče za zaključavanje konektora provedena su eksperimentalna ispitivanja kućišta konektora na kidalici. Nakon toga su provedene numeričke analize CAD modela, kao i numeričke analize realne komponente čiji je model dobiven obradom CT snimke u programskim paketima GOM Inspect i pomoću modula „Scan to 3D“ programskog paketa Solidworks. Oba modela su analizirana sa svojstvima materijala dobivenim od proizvođača i svojstvima materijala dobivenim eksperimentalnim ispitivanjem. Zaključeno je da su potencijalni razlozi za odstupanja numeričkih i eksperimentalnih rezultata nepravilnosti dobivene proizvodnjom i nesavršenost materijala.

Sažetak (engleski)

In this research, an experimental and numerical analysis of the deformation process of a glass fibre reinforced polybutylene terephthalate (PBT) electrical connector was conducted. The observed electric connector is an automotive product that is produced by Yazaki Europe Limited. The aim of this research was to investigate the infulence of the irregularities, caused by injection molding process, on the mechanical properties of the electrical connector's housing, more specifically housing's locking system.
Firstly, in order to evaluate if it's possible to produce the component, the simulation of the injection molding process was needed to be done using Autodesk's software – Moldflow. After the conducted simulation, the analysis of the connector was made with 3D micro X-ray computed tomography. Based on analyzed data, it is concluded that glass fibres are directed uniformly and longitudinally throughout the locking. With that in mind, the uniaxial tensile test was done on experimental samples that are 1 mm thick with longitudinally oriented fibres. During the test, the digital image corellation method (DIC method) was used for the displacement observation and deformation calculations. After the test's data processing, for the numerical simulation purposes, using the elastoplastic material model, stress – strain diagram was made. Because of the uniform orientation of the glass fibres and because the observed locking is bended uniaxially as cantilever beam, the behavior of the analyzed material is assumed isotropic. Lower values of material properties are obtained by experimental measurements in comparison to the values given by the manufacturer.
Secondly, the numerical modelling of the tensile test and the verification of the numerical model for elastoplastic material behavior analysis of the cantilever beam under pure bending were conducted. For the numerical modelling of the locking deformation process validation purposes, uniaxial bending tests were conducted on the locking system. After that, numerical analysis of the CAD model and real housing, obtained by processing CT scans with software GOM Inspect and Solidworks' module „Scan to 3D“, was done. Both models are analyzed with material properties obtained by experiments and material properties given by manufacturer.
To conclude, the difference beetween numerical and experimental results is caused by injection molding irregularities and imperfections of the material.

• Ključne riječi: kućište električnog konektora; polibutilen tereftalat (PBT); staklena vlakna; simulacija brizganja; CT analiza; eksperimentalno ispitivanje; numerička simulacija; elastoplastičnost
• Ključne riječi (engleski): electrical connector housing; polybutylen terephthalate (PBT); glass fibres; injection molding simulation; CT anlysis; experimental testing; numerical modelling; elastoplasticity
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:292618
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (mag. ing. mech.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup; Datum isteka embarga: 2023-12-06
• Datum i vrijeme pohrane: 2021-12-14 23:57:27