Selected aspects of manufacturing and strength evaluation of porous composites based on numerical simulations

• Autorzy: Frącz W. , Janowski G. , Ryzińska G.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2017.03

Warianty tytułu

PL

Wybrane aspekty formowania oraz wytrzymałości polimerowych kompozytów porowatych w oparciu o symulacje numeryczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the numerical simulations of microcellular injection molding process for polymer composite with glass fiber for variable content of pores were carried out. In order to evaluate the strength of the three-phase composite structure (polypropylene PP as a matrix, 20% wt. of glass fiber GF and 1-9 % vol. of the pores) a microstructural analysis was performed and strength calculations were conducted using the Mori-Tanaka homogenization model. The analyzed product (the base of industrial mop) was subjected to the loading in Ansys 14.5 commercial code, considering the impact of pores content on its mechanical properties. Furthermore, the paper presents the visualization of calculated composite microstructure for variable pores contents.

PL

W pracy przeprowadzono symulacje numeryczne procesu wtryskiwania z mikroporowaniem wypraski z kompozytu polimerowego z włóknem szklanym dla zmiennej zawartości objętościowej porów. W celu oceny wytrzymałościowej trójfazowej struktury kompozytu (matryca polipropylenowa PP, 20% wag. włókien szklanych WS oraz 1-9% obj. porów) wykonano analizę mikrostrukturalną oraz przeprowadzono obliczenia wytrzymałościowe z użyciem modelu homogenizacji Mori-Tanaka. Analizowany wytwór (element mopa przemysłowego) poddano symulacji obciążenia w programie Ansys 14.5, określając wpływ zmiennego stopnia porowania na jego właściwości wytrzymałościowe. Ponadto w pracy przedstawiono wizualizację prognozowanej mikrostruktury dla kompozycji przy zmiennym stopniu porowatości kompozytu.

Słowa kluczowe

EN

microcellular composites; numerical simulations; Digimat; ANSYS; Mori-Tanaka homogenization method

PL

kompozyty mikroporowate; symulacje numeryczne; MSC Digimat; ANSYS; homogenizacja metodą Mori-Tanaka

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 89 [295], nr 1
• Strony: 31--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Frącz W.

• Rzeszow University of Technology, 8 Powstańców Warszawy Ave., 35-959 Rzeszów

autor

Janowski G.

• Rzeszow University of Technology, 8 Powstańców Warszawy Ave., 35-959 Rzeszów

autor

Ryzińska G.

• Rzeszow University of Technology, 8 Powstańców Warszawy Ave., 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Bociąga E.: Specjalne metody wtryskiwania tworzyw polimerowych, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2008.
• [2] Bociąga E.: Wtryskiwanie mikroporujące (MuCell), [in:] (Koszkul J., Bociąga E.(red.), Postęp w przetwórstwie materiałów polimerowych, CWA Regina Poloniae, Częstochowa 2006.
• [3] Garbacz T.: Struktura i właściwości porowatych wytworów wtryskiwanych, Polimery, 58 (2013) 295-303.
• [4] Bociąga E., Palutkiewicz P.: Wtryskiwanie mikroporujące, Przetwórstwo Tworzyw, 19 (2013) 309-317.
• [5] Steinbichler G.: Nowa technologia spieniania drobnokomórkowego wyprasek MuCell. Technologie wtryskiwania, jakość i efektywność, Wydawnictwo Plastech, Warszawa 2000.
• [6] Macyszyn J., Kozłowski M.: Tworzywa termoplastyczne o strukturze komórkowej, http://www.eko-dok.pl/2012/40.pdf (access: 01.01.2017r.)
• [7] Bieliński, M.: Techniki porowania tworzyw termoplastycznych, Wydawnictwo Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej, Bydgoszcz 2004.
• [8] Guanghong H., Yu W.: Microcellular Foam Injection Molding Process. Some Critical Issues for Injection Molding, In Tech, Shanghai 2012.
• [9] Bravo V.L., Hrymak A.N.: Nozzle injection of physical blowing agents in the injection molding of microcellular foams, Int. Polymer Processing, 20 (2005) 149-156.
• [10] Osswald T., Turng L., Gramann P.: Injection molding handbook, Hanser-Gardner, Cincinnati 2001.
• [11] Hwang S., Chen S., Chung M.: Study on the mechanical properties of microcellular injection molded parts, ANTEC Conf. Proc., 2 (2005) 776-780.
• [12] Palutkiewicz P., Wawrzyniak J.: Wpływ warunków uplastyczniania na właściwości i strukturę wyprasek z PE-HD z poroforem, Przetwórstwo Tworzyw, 18 (2012) 489-494.
• [13] Palutkiewicz P.: Symulacje komputerowe procesu wtryskiwania porującego, Polimery, 60 (2015) 132-143.
• [14] Ogierman W., Kokot G.: Mean field homogenization in multi-scale modelling of composite materials, J. Achievements Mat. Manuf. Eng., 61 (2013) 343-348.
• [15] DIGIMAT software documentation, e-Xstream engineering, 2015.
• [16] Mori T., Tanaka K.: Average stress in the matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions, Acta Metallurgica, 21 (1973) 571-574.
• [17] Gajdoš I., Duleba B., Spišák E., Greškovič F., Dulebová L.: Optimization of injection molding process by DOE, Hutnik, 81 (2014) 470- 475.
• [18] Błędzki A.K., Faruk O., Kirschling H., Kühn J., Jaszkiewicz A.: Microcellular polymers and composites, Polimery, 10 (2006) 697-703.
• [19] Ameli A., Jung P.U., Park C.B.: Electrical properties and electromagnetic interference shielding effectiveness of polypropylene/carbon fiber composite foams, Carbon, 60 (2013) 379-391.
• [20] Frącz W., Janowski G.: Zaawansowana analiza wytrzymałościowa wypraski z kompozytu WPC z uwzględnieniem powtryskowej orientacji włókien w osnowie polimerowej, Mechanik, 7 (2016) 628-630.
• [21] Maier C., Calafut T.: Polypropylene: the definitive user's guide and databook, William Andrew, Norwich 1998.
• [22] Ayadi A., Nouri H., Guessasma S., Roger F.: Determination of orthotropic properties of glass fibre reinforced thermoplastics using X-ray tomography and multiscale finite element computation, Composite Structures, 136 (2016) 635-649.
• [23] Mayer P., Kaczmar J.W.: Właściwości i zastosowania włókien węglowych i szklanych, Tworzywa sztuczne i chemia, 6 (2008), 52-56.
• [24] Kramschuster A., Cavitt R., Ermer D., Chen Z., Turng L.S.: Quantitative study of shrinkage and warpage behavior for microcellular and conventional injection molding, Polymer Eng. Sci., 45 (2005) 1408-1418.

Uwagi

PL

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