Strength analysis of molded pieces produced from wood-polymer composites (WPC) including their complex structures

• Autorzy: Frącz W. , Janowski G.

Warianty tytułu

PL

Analiza wytrzymałościowa wyprasek z kompozytów polimerowo-drzewnych (WPC) z uwzględnieniem ich złożonej struktury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an assessment of the filler percentage impact on the stress-strain characteristics of wood-polymer composite (WPC) samples loaded in a uniaxial tensile test. The analysis was based on both experimental studies as well as numerical simulations. The manufactured composite consisted of polypropylene as the polymer matrix and wood fiber (WF) of varying percentages, i.e. 10÷40%. Numerical modeling of the static tensile test was performed using Ansys commercial code taking into account the heterogeneous composite structure and fibers orientation. In order to define the heterogeneous material, Digimat software was used. Appropriate calculations were made using the Mori-Tanaka homogenization model.

PL

Przedstawiono ocenę wpływu zawartości procentowej napełniacza na charakterystykę naprężenie-odkształcenie próbek wykonanych z kompozytu drewno-polimer (WPC) jako wynik jednoosiowej próby rozciągania. Analiza została oparta zarówno o badania eksperymentalne, jak również symulacje numeryczne. Wtryskiwany kompozyt składał się z polipropylenu jako matrycy polimerowej oraz włókna drzewnego (WD) o zmiennej ilości w zakresie od 10÷40%. Modelowanie numeryczne statycznej próby rozciągania wykonano w programie Ansys z uwzględnieniem heterogenicznej struktury kompozytu oraz powtryskowej orientacji włókien. W celu zdefiniowania heterogenicznego materiału wykorzystano komercyjne oprogramowanie Digimat, za pomocą którego wykonano obliczenia z wykorzystaniem modelu homogenizacji Mori-Tanaka.

Słowa kluczowe

EN

WPC composites; MFH homogenization; injection moulding simulation; Digimat software

PL

kompozyty WPC; homogenizacja metodą uśrednionego pola; symulacje procesu wtryskiwania; program Digimat

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 4
• Strony: 260--265
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Frącz W.

• Rzeszow University of Technology, Department of Materials Forming and Processing, al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Janowski G.

• Rzeszow University of Technology, Department of Materials Forming and Processing, al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• [1] Ashori A., Wood-plastic composites as promising greencomposites for automotive industries! Bioresource Technol. 2008, 99, 4661-4667.
• [2] Kim J.K., Pal K., Recent Advances in the Processing of Wood-Plastic Composites, Springer Science & Business Media, Berlin 2010.
• [3] Klyosov A.A., Wood-Plastic Composites, John Wiley & Sons, New Jersey 2007.
• [4] Stokke D.D., Wu Q., Han G., Introduction to Wood and Natural Fiber Composites, John Wiley & Sons, Chichester 2013.
• [5] Nemat-Nasser S., Hori M., Micromechanics: Overall Properties of Heterogeneous Solids, Applied Mathematics and Mechanics, Elsevier, Amsterdam 1993.
• [6] Sun C.T., Vaidya R.S., Prediction of composite properties from a representative volume element, Compos. Sci. Technol. 1996, 56, 171-179.
• [7] Kanit T., Forest S., Galliet I., Mounoury V., Jeulin D., Determination of the size of the representative volume element for random composites: statistical and numerical approach, Int. J. Solids. Struct. 2003, 40, 3647-3679.
• [8] Perdahcıoğlu E.S., Geijselaers H.J., Constitutive modeling of two phase materials using the mean field method for homogenization, Int. J. Mater. Form. 2011, 4, 93-102.
• [9] Despringre N., Chemisky Y., Meraghni F., Fitoussi J., Robert G., Fatigue damage in short glass fiber reinforced PA66: Micromechanical modeling and multiscale identification approach, 20th International Conference on Composite Materials Copenhague, Denmark 2015, 1-13.
• [10] Lindhult J.A., Ljungberg M., Fatigue Analysis of Anisotropic Short Fibre Reinforced Polymers, Chalmers University of Technology, Göteborg 2015.
• [11] Mori T., Tanaka K., Average stress in the matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions, Acta Metall. 1973, 21, 571-574.
• [12] DIGIMAT software documentation, e-Xstream engineering, 2015.
• [13] Kwon Y.W., Allen D.H., Talreja R., Multiscale Modeling and Simulation of Composite Materials and Structures, Springer, New York 2008.
• [14] Doghri I., Friebel C., Effective elasto-plastic properties of inclusion-reinforced composites. Study of shape, orientation and cyclic response, Mech Mater. 2005, 37, 45-68.
• [15] Doghri I., Ouaar A., Homogenization of two-phase elastoplastic composite materials and structures: study of tangent operators, cyclic plasticity and numerical algorithms, Int. J. Solids. Struct. 2003, 40, 1681-1712.
• [16] Landervik M., Jergeus J., Digimat Material Model for Short Fiber Reinforced Plastics at Volvo Car Corporation, European LS-DYNA Conference 2015, Würzburg, Germany, 2015, 1-9.
• [17] Ogierman W., Kokot G., Mean field homogenization in multi-scale modelling of composite materials, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 2013, 61, 343-348.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).