Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Possibilities of the Manufacturing and Simulation of the Load on a Customised Mouthguard Used in Combat Sports

Szarek Arkadiusz, Paszta Piotr

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2020

|

Vol. 28, no. 2 (140)

110--118

EN

The article presents an assessment of the state of stress and deformation of a personalised tooth protector, taking into account various types of elastomer materials that allow optimal protection of the teeth in contact combat sports. The load characteristics of the personalised protector, perfectly adhering to all, even clearly protruding from the anatomical line of teeth, were calculated using ANSYS 18 software. Numerical simulations of different elastomer materials were compared. Assessment of the state of stress and deformation of the protector allowed to demonstrate the legitimacy of protecting teeth with a personalised tooth protector and to increase the safety of the teeth and soft tissues of the oral cavity in contact combat sports. Based on a dental impression and plaster casting of the jaw made using an eviXscan 3D scanner, its model was digitalised. CAx techniques were used to design a mouthguard. Furthermore, a control code was generated and transmitted to a CNC milling machine to make a mouthguard fitted to the user’s teeth.

PL

W artykule przedstawiono możliwości zaprojektowania spersonalizowanego ochraniacza zębów używanego w kontaktowych sportach walki. Na podstawie pobranego wycisku stomatologicznego i wykonanego gipsowego odlewu szczęki przy pomocy skanera eviXscan 3D został zdigitalizowany jej model. Za pomocą technik CAx zaprojektowano ochraniacz. Następnie na tej podstawie został wygenerowany i przesłany do frezarki CNC kod sterujący. Na frezarce został wykonany ochraniacz dopasowany do zębów. Wykorzystując oprogramowanie ANSYS 18 przedstawiono również przykład obciążeń ochraniacza, ciosami bokserskimi zadawanymi w żuchwę. Omówione zostały znane modele fenomenologiczne opisujące gęstość energii odkształceń materiału hiperelastycznego. Zaproponowana metoda daje możliwość lepszego dopasowania ochraniacza z dowolnie wybranego polimeru, wyższą biokompatybilność ze względu na mniejszą zawartość resztkowego monomeru i eliminuje niedogodności w powszechniej stosowanych elementach z tworzyw termoplastycznych oraz niedopasowanie wynikające ze skurczu materiału.

2

Tests on the Mechanical Properties of Polymers in the Aspect of an Attempt to Determine the Parameters of the Mooney-Rivlin Hyperelastic Model

Śliwa-Wieczorek Klaudia, Zając Bogusław, Kozik Tomasz

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2020

|

Vol. 30, no. 2

1--14

EN

The article presents testing of the mechanical properties of SIKA® polymer adhesives of the type PBM, PMM, PM, and PSM in the aspect of an attempt to determine the parameters of the Mooney-Rivlin hyperelastic model. The article contains a literature review on developed models for hyperelastic materials as well as a description of the author’s own results obtained in monaxial tensile and monaxial compression tests conducted on oars and cylindrical samples, respectively. Furthermore, the results of modeling of Mooney-Rivlin hyperelastic model parameters are shown in relation to the value of average parameters for polymers after both a week and a month-and-a-half of ripening.

3

Hyperelastic behaviour of auxetic material in tension and compression tests

Janus-Michalska M.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 1

61--70

EN

This paper presents the numerical simulation of uniaxial tension and compression tests for negative Poisson’s ratio materials subjected to large strains. Numerical calculations are performed for the determination of the material characteristics of auxetic periodic lattices. The finite element method (FEM) coupled with 2D periodic homogenisation technique is used. The results show the existence of large variations in strain-stress plots, which can be achieved by changing the lattice geometry parameters.

PL

W artykule przedstawiono numeryczne symulacje testów jednoosiowego rozciągania i ściskania dla materiałów o ujemnym współczynniku Poissona w zakresie dużych odkształceń. Celem wyznaczenia charakterystyk materiałowych wykonano obliczenia numeryczne dla materiałów auksetycznych o strukturze periodycznej. Zastosowano metodę elementów skończonych połączoną z teorią homogenizacji. Wyniki wskazują na dużą różnorodność otrzymanych ścieżek naprężenie-odkształcenie uzyskanych przez zmianę parametrów geometrycznych struktury materiału.

4

Badania lepiszczy asfaltowych w reometrze dynamicznego ścinania - relacje konstytutywne lepkosprężystości, hipersprężystości i lepkohipersprężystości

Gajewski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Budownictwo

|

2018

|

z. 160

3--236

PL

Praca dotyczy modelowania konstytutywnego izotropowych materiałów Iepkosprężystych zarówno w zakresie małych, jak i dużych deformacji. Omówienie zagadnień związanych z modelowaniem konstytutywnym materiałów reologicznych rozpoczyna się od prezentacji wybranych jednowymiarowych modeli ciał stałych i cieczy reologicznych ze zwróceniem szczególnej uwagi na ich cechy charakterystyczne i sposób postępowania przy ich implementacji numerycznej w standardowych algorytmach numerycznych zarówno w sformułowaniu całkowym, jak i w sformułowaniu bezpośrednim. Następnie modele te zostały uogólniane do relacji trójwymiarowych przez wykorzystanie dekompozycji stanu naprężenia i odkształcenia na części kulistą i dewiatorową. Opis modeli lepkosprężystości małych odkształceń uzupełniany jest przez rozważania dotyczące sposobu wyznaczania parametrów materiałowych modeli przy wykorzystaniu metod optymalizacji nieliniowej. Parametry wyznaczane są dla wybranych lepiszczy asfaltowych, ale przedstawiony sposób postępowania jest uniwersalny i może być stosowany przy wymaczaniu parametrów materiałowych innych materiałów, a w szczególności mieszanek mineralno-asfaltowych. Prezentowane relacje konstytutywne są stosowane do modelowania zachowania materiałów drogowych z asfaltem w szerokim zakresie temperatury i częstotliwości. Zaproponowanie relacji konstytutywnej, która dobrze odwzorowuje eksperyment przy jednej ustalonej wartości temperatury i prędkości deformacji nie stanowi większego problemu. Problemem badawczym jest proponowanie relacji konstytutywnych wraz ze sposobem wyznaczenia ich parametrów materiałowych pozwalających na poprawne modelowanie zachowania materiału w pewnym zakresie częstotliwości (prędkości deformacji) i temperatury. Zastosowanie relacji konstytutywnych małych odkształceń zostało prezentowane na przykładzie wyznaczenia właściwości efektywnych niejednorodnego kompozytu mieszanki mineralno-asfaltowej. W zagadnieniach brzegowych rozwiązywanych przy zastosowaniu metody elementów skończonych i programu ABAQUS (z własną implementacją modelu konstytutywnego lepkosprężystości) kruszywo jest modelowane relacjami liniowej sprężystości, zaś mastyks relacjami lepkosprężystości. Na podstawie tych obliczeń sformułowano podstawowe wnioski. Pierwszy z nich dotyczy anizotropii cech mechanicznych mieszanki mineralno-asfaltowej, zaś drugi stanowi motywację formułowania relacji konstytutywnych lepkosprężystości w ramach teorii dowolnych deformacji. Lokalne odkształcenia wewnątrz niejednorodnej struktury betonu asfaltowego są nawet kilkadziesiąt razy większe niż odkształcenia średnie. Oznacza to, że już przy odkształceniach spotyka w nawierzchniach drogowych, lokalnie wewnątrz struktury kompozytu wartości odkształceń i przekraczają zwyczajowe ograniczenia dla teorii małych odkształceń. Motywację stosowania teorii dowolnych deformacji dodatkowo wspiera interpretacja podstawowych testów doświadczalnych prowadzonych w laboratoriach drogowych na lepiszczach drogowych w reometrach dynamicznego ścinania (DSR). W teście skręcania próbek walcowych zlepiszcza asfaltowego można obserwować wystąpienie siły osiowej, jaka towarzyszy reakcji w pc momentu skręcającego. Teoria małych odkształceń niezależnie od wybranych relacji konstytutywnych przeanduje w tym teście zerową siłę osiową. W pracy przedstawiono interpretację testu skręcania w ramach teorii dowolnych deformacji, przy zastosowaniu relacji konstytutywnych hipersprężystości, lepkohipersprężystości i lepkosprężystości dużych deformacji. Wskazano, że w przypadku lepiszczy modyfikowanych, wysokomodyfikowanych i lepiszczy gumowo-asfaltowych zastosowanie relacji konstytutywnych hipersprężystości materiałów nieściśliwych jest w wielu sytuacjach wystarczające: Proponowane relacje konstytutywne hipersprężystości z funkcjami jednostkowej energii sprężystości zależnymi od pierwszego niezmiennika deformacji izochorycznej poprawnie przeandują zachowanie materiału w teście skręcania próbek walcowych w reometrze DSR. Zaproponowano niestandardowe testy doświadczalne, które mogą być przeprowadzane przy wykorzystaniu standardowego reometru DSR z pomiarem siły osiowej i pozwalają na jeszcze lepsze poznanie zachowania materiału. Są to: test jednoosiowego rozciągania i test jednoosiowego ściskania bek, które w konfiguracji odniesienia mają kształt walca. Przeprowadzono testy doświadczalne dla lepiszcza 65/105-60, które następnie poddano obróbce statystycznej i zaprezentowano w formie wykresów oraz w formie tabelarycznej. W przypadku tych testów przeprowadzono także symulacje numeryczne, w których potwierdzono przydatność modeli konstytutywnych hipersprężystości do modelowania lepiszczy drogowych. Szczególnie ciekawe wyniki uzyskano w przypadku testu ciągania, w którym dla znacznych deformacji obserwuje się zmianę przekroju rozciąganej próbki z kołowego na przekrój o charakterystycznych zafalowaniach. Tego typu zachowanie obserwuje się także w trakcie eksperymentów. Zachowanie to jest konsekwencją niejednoznaczności rozwiązań dla teorii dużych deformacji i może być interpretowane jako pewnego rodzaju niestabilność przy rozciąganiu. W dalszej części pracy przedstawiono sposób implementacji numerycznej relacji lepkohipersprężystości z rozwinięciem w szereg Prony’ego funkcji relaksacji dla części kulistej i dewiatorowej stanu odkształcenia. Model ten zasługuje na szczególną uwagę, gdyż pozwala na przeniesienie doświadczeń z wyznaczaniem parametrów materiałowych modelu z teorii małych odkształceń do teorii dużych deformacji, przy jednoczesnym umożliwieniu stosowania dowolnych relacji konstytutywnych hipersprężystości. Dla porównania przedstawiono dwa modele konstytutywne lepkosprężystości dużych deformacji w niejawnym sformułowaniu bezpośrednim, tj. model Filograny i model Narayana, które zostały zaproponowane w ostatnich latach w literaturze do stosowania przy modelowaniu lepiszczy asfaltowych. Modele te doskonale odwzorowują eksperymenty dla jednej ustalonej wartości temperatury i prędkości deformacji, a rozszerzenie zakresu ich stosowalności jest utrudnione (szczególnie w przypadku modelu Narayana), gdyż parametry materiałowe wchodzą do relacji konstytutywnej w sposób nieliniowy. Kolejnym problemem okazuje się implementacja numeryczna, która w każdym z przypadków musi być niestandardowa. Relacje konstytutywne obydwu modeli zaimplementowano w systemie Mathematica, co pozwoliło na ich szczegółowe zbadanie i sformułowanie wniosku, że zwłaszcza propozycja Narayana nie spełnia oczekiwań ze względu na trudność implementacji, jak i wyznaczenia parametrów. Należy podkreślić, że proponowane relacje konstytutywne powinny być podawane wraz ze sposobem wyznaczenia parametrów oraz analizą wrażliwości modelu na zmianę tych parametrów. Analizowane relacje konstytutywne hipersprężystości i lepkohipersprężystości zastosowano w zagadnieniu rozciągania elementu niejednorodnego w płaskim stanie odkształcenia do modelowania zachowania betonu asfaltowego.

EN

The study deals with constitutive modelling of isotropic, visco-elastic materials in accordance with small and large deformation theory. The presentation of the issues connected to constitutive modelling of rheological materials starts with an analysis of some chosen unidirectional models of solids and rheological fluids with special attention paid to their characteristic features and numerical implementation in standard numerical algorithms in integral and direct formulations. In the next step, such models are generalized to three dimensional constitutive models using stress and strain tensor decomposition onto spherical and deviatoric parts. The description of the visco-elasticity constitutive models is supplemented with considerations that take into account the determination of model’s parameters with non-linear optimization methods. The parameters are determined for chosen asphalt binders, but the presented approach is quite universal and may be used for determination of parameters of different materials, especially mineral-asphalt mixes. The presented constitutive models are used for modelling of materials based on asphalt in a wide range of temperature and frequency. Proposing the constitutive relationship properly reproducing experimental test results assuming one temperature and one value of velocity of deformation is not a problem nowadays. On the other hand, the research problem is to propose of the constitutive relationship together with the explicit method of parameter determination, allowing to predict the behaviour of the material in some range of frequency (deformation velocity) and temperature. The application of the constitutive relationships derived for the small deformation theory is presented on the example of effective properties determination for a mineral-asphalt mix composite. In boundary value problems solved with the finite element method and ABAQUS software (with own implementations of visco-elasticity constitutive relationships), the aggregate is modelled with the linear elasticity model, while for the mastic, the visco-elasticity model is applied. On the basis of these results the basic conclusions are formulated. The first conclusion is connected with anisotropy of mechanical properties of asphalt mix material, while the second one is a motivation for formulation of visco-elasticity constitutive relationships in terms of continuum mechanics (large deformation theory). Local strains in non-homogenous structure of the asphalt concrete are even a few dozen times higher than average strains of the sample. Consequently, it means that even for the deformations encountered in road pavements, inside the material structure the strain values locally exceed the usual limits for the small deformations theory. The motivation to use large deformation theory is additionally supported by the interpretation of basic experimental tests carried out in road laboratories on asphalt binders with a dynamic rotational rheometer (DSR). In the torsion test of cylindrical samples made from binder, the axial force appears as an effect additional to torsional moment. The small deformation theory, regardless of the selected constitutive relationships, provides zero force in this test. The work presents the interpretation of this test as a large deformation theory problem, with the use of hyperelasticity, visco-hyperelasticity and visco-elasticity of large deformations constitutive relationships. It was indicated that in the case of: modified, highly modified and rubber-asphalt binders, the use of constitutive relations of hyperelasticity of incompressible materials is already sufficient in many situations. The proposed constitutive relationships of hyperelasticity with the stored strain energy functions dependent on the first invariant of isochoric deformation, correctly predict the material’s behaviour in the torsion test carried out in the DSR rheometer. Non-standard experimental tests have been proposed to be carried out with a standard DSR rheometer which can measure axial force and allows even better understanding of the material’s behaviour. These tests are: uniaxial tensile test and uniaxial compression test for samples that have the shape of a cylinder in the reference configuration. Experimental tests were carried out for binder 65/105-60, which were then subjected to statistical processing and presented in the form of graphs (and in tables). In the case of these tests, numerical simulations were also carried out, in which the usefulness of constitutive hyperelasticity models for modelling road binders was confirmed. Particularly interesting results were obtained in the case of a tensile test in which, for significant deformations, a change in the cross-section shape was observed. Circular cross-section changes its shape into a polygon with wavy edges. It should be emphasized that this type of behaviour was also observed during the experiments conducted. The behaviour of the kind is a consequence of the non-uniqueness of solutions for the large deformation theory and can be interpreted as a kind of instability even in tension test. The next part of the work presents the method of numerical implementation of the visco-elasticity relationship with the expansion to Prony series of the relaxation function for the spherical and deviatoric part of the deformation state. This model deserves special attention because it allows to transfer experience in determining material parameters of the model from the small to the large deformation theory, together with the possibility to use my constitutive relationship of hyperelasticity. For comparison, the two constitutive models of visco-elasticity for large deformation, namely in the direct formulation, Filograna’s and Narayan’s models have been presented. These models were recently proposed for asphalt binder modelling. These models perfectly match experiments for one fixed temperature and deformation velocity value, and extension of the scope of their applicability is difficult (especially in the case of the Narayan’s model), because material parameters go into the constitutive relation in a nonlinear manner. Another problem is the numerical implementation, which in case of both models is non-standard. The constitutive relationships of both models were implemented in the Mathematica system, which allowed their detailed examination and formulation of the conclusion that, in particular, the proposal of Narayana does not meet expectations due to the difficulty of implementation and parameters determination. The proposed constitutive relations should be given together with the method determining the parameters and the analysis of the model’s sensitivity to the change of these parameters. The analyzed constitutive relations of hyperelasticity and visco-hyperelasticity were applied in the problem of non-uniform element stretching in a plane strain case, which may be treated as a presentation of the real behaviour of an asphalt mix.

5

Racjonalizacja kształtu gumowej membrany zaworu zaporowego

Jaszak P.

Elastomery

|

2018

|

T. 22, nr 2

122--135

PL

W artykule przedstawiono sposób modelowania pracy zaworu zaporowego. Podstawowym celem pracy było zwiększenie wytrzymałości mechanicznej elastycznej membrany oraz poprawa stopnia szczelności wewnętrznej zaworu, poprzez modyfikację kształtu membrany. W celu ustalenia przyczyn powstałego miejsca uszkodzenia pierwotnej konstrukcji, przeprowadzono analizę numeryczną, która pozwoliła określić rozkład wartości naprężenia w miejscu uszkodzenia. Symulację przeprowadzono, wykorzystując Metodę Elementów Skończonych. Do odzwierciedlenia nieliniowych właściwości materiału gumy wykorzystano hipersprężysty model materiału Mooneya–Rivlina. Dzięki analizie numerycznej oraz kolejnym próbom modyfikacji geometrii membrany, zmniejszono naprężenie w miejscu pierwotnego uszkodzenia oraz zapewniono wymagany nacisk stykowy wpływający na poziom szczelności wewnętrznej zaworu. Otrzymany w wyniku kolejnych iteracji obliczeń numerycznych kształt membrany przebadano eksperymentalnie. Ostatecznie liczba cykli otwarcia i zamknięcia zaworu wzrosła z 5 do 298.

EN

The paper presents the method of modeling the operation of the shut-off valve. The main goal of the work was to increase the fatigue life and improve the degree of internal tightness of the valve, by properly forming the rubber diaphragm and selecting the adequate material for its performance. In order to verify the causes of failure of the original structure, a numerical analysis was carried out. This allowed determining the stress distribution at failure place. The simulation was carried out using the finite element method. To reflect the non-linear properties of the rubber material, a hyperelastic material Mooney-Rivlin model was used. Thanks to numerical analysis and subsequent attempts to modify the geometry of the diaphragm, the stress at the location of the original damage was reduced, and the required contact pressure affecting the level of internal tightness of the valve was ensured. The shape of the membrane obtained as a result of successive iterations of numerical calculations was tested experimentally. Eventually, the number of valve opening and closing cycles increased from 5 to 298.

6

Nonlinear composites structural analysis with viscoelastic fibers

Sinaceur Amal, Sahli Ahmed, Sahli Sara

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2018

|

Vol. 12, no 2

158--169

EN

This paper presents a formulation for material and geometrical nonlinear analysis of composite materials by immersion of truss finite elements into triangular 2D solid ones using a novel formulation of the finite element method based on positions. This positional formulation uses the shape functions to approximate some quantities defined in the Nonlinear Theory of Elasticity and proposes to describe the specific strain energy and the potential of the external loads as function of nodal positions which are set from a deformation function. Because the nodal positions have current values in each node, this method naturally considers the geometric nonlinearities while the nonlinear relationships between stress and strain may be considered by a pure nonlinear elastic theory called hyperelasticity which allows to obtain linearised constitutive laws in its variational form. This formulation should be able to include both viscoelastic and active behavior, as well as to allow the consideration of nonlinear relations between stresses and deformations. It is common to adopt hyperelastic constitutive laws. Few are the works that use the strategy of approaching the problem such as fibers immersed in a matrix. The immersion of fibers in the matrix makes it possible to include both a viscoelastic behavior in a simple and direct way. The examples are simple cases, some of them even with analytical solutions, mainly for validation purposes of the presented formulations. By modeling a structure, the examples show the potentialities of the concepts and proposed formulations.

7

Finite element implementation of slightly compressible and incompressible first invariant-based hyperelasticity: theory, coding, exemplary problems

Suchocki C.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2017

|

Vol. 55 nr 3

787--800

EN

The present study is concerned with the finite element (FE) implementation of slightly compressible hyperelastic material models. A class of constitutive equations is considered where the isochoric potential functions are based on the first invariant of the right Cauchy-Green (C-G) deformation tensor. Special attention is paid to the most recently developed model formulations. The incremental form of hyperelasticity and its numerical implementation into both commercial and non-commercial FE software are discussed. A Fortran 77 UMAT code is attached which allows for a simple implementation of arbitrary first invariant-based constitutive models into Abaqus and Salome-Meca FE packages. Several exemplary problems are considered.

8

Modelowanie gumy za pomocą metody elementów skończonych

Jaszak P.

Elastomery

|

2016

|

T. 20, nr 3

31--39

PL

W artykule przedstawiono sposób modelowania stanu naprężenia i odkształcenia elementów wykonanych z gumy. Do modelowania wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Dokonano przeglądu najbardziej znanych modeli fenomenologicznych opisujących gęstość energii odkształcenia materiału hiperelastycznego. Przedstawiono rodzaje testów eksperymentalnych, które muszą zostać wykonane, aby poprawnie modelować materiał gumy. Na podstawie otrzymanych wyników eksperymentalnych dokonano weryfikacji przyjętych w procesie symulacji modeli materiałów. Podano przykład symulacji komputerowej, którą wykorzystano w procesie optymalizacji konstrukcji kompensatora gumowo-metalowego.

EN

Paper presents the modelling of the strain and stress state of the elements made of rubber. In modelling used Finite Element Method (FEM). Overview of the most popular phenomenological model of the strain energy density in hyperelastic material was presented. The test procedure which have to be carry out to define material model were explained and discussed. Verified and valid the numerical outcome was based on the experimental results. The useful example of the numerical simulation of the rubber component was shown based on design way of the rubber bellow.

9

Identification of material parameters of polymer used in expansion joints in airfield concrete slabs

Kisiel P.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

9151--9164, CD3

EN

The mechanical parameters of polymer have to be properly identified in order to numerically predict the stiffness of the Polymer Flexible Joint (PFJ), which can be used in expansion joints in precast concrete pavements. The material used in PFJ previously has been often identified as hyperelastic. This work presents the results of an identification of PM-type polymer, used in PFJ. The parameters were calculated based on the results of new laboratory experimental tests of plain polymer. The accuracy of performed identification has been shown by comparison of calculated and experimentally tested data for mediumsized PFJ specimens.

PL

Dylatacje w prefabrykowanych nawierzchniach betonowych mogą być poddawane silnemu ściskaniu spowodowanemu wysoką wartością rocznych amplitud temperatur. Obciążenie to może wywoływać koncentrację naprężeń w konstrukcji nawierzchni, co w rezultacie może prowadzić do uszkodzenia betonu. W ramach prac badawczych poświęconych Polimerowemu Złączu Podatnemu (PZP) sprawdzane jest, czy technologia może być stosowana w prefabrykowanych nawierzchniach betonowych. W pracy zaprezentowano weryfikację doświadczalną pracy mechanicznej złącza. Próbki obciążono siłą ściskającą, która może występować w konstrukcji poddanej obciążeniom termicznym. Przebadano 20 próbek PZP poddanych ściskaniu o wymiarach boków prostokątnego przekroju poprzecznego wynoszących od 100 mm do 400 mm. Badania prowadzono do maksymalnego odkształcenia inżynierskiego w polimerze o wartości 80%. Wszystkie próbki zamodelowano w pakiecie obliczeniowym Abaqus 6.12, bazując na Metodzie Elementów Skończonych. Porównano numeryczne i eksperymentalne wyniki badań. Pokazano różnice w wynikach dla modeli numerycznych bazujących na różnych parametrach materiałowych.

10

Modelowanie uszczelnienia tłoczyska siłownika hydraulicznego

Lisowski E., Hawryluk M.

Journal of KONBiN

|

2013

|

No. 2 (26)

43--50

PL

Praca dotyczy badań przecieków przez uszczelnienia tłoczyskowe siłowników hydraulicznych maszyn roboczych. W referacie przedstawiono wyniki badań symulacyjnych oraz opracowane stanowisko badawcze do weryfikacji założeń i wyników symulacji prowadzonych dla elastomerowego pierścienia typu U. Badania symulacyjne przeprowadzono w systemie ANSYS z wykorzystaniem języka APDL. Wyniki przeprowadzonych analiz MES pozwalają na oszacowanie przecieku dla różnych warunków pracy uszczelnienia oraz mogą być użyteczne w badaniach związanych z procesami zużycia elastomerowych pierścieni uszczelniających.

EN

The paper is related to research on leakage of a piston rod U-type elastomeric sealing ring. Results of FE analysis and the test rig for verification of the simulation results is presented. For the analysis ANSYS system was used. The achieved results allow to predict leakage rate for different operating conditions and can also be useful in studies concerning wearing processes of elastomeric sealing rings.

11

Numerical analysis of a polymer flexible joint in a tensile test

Kisiel P., Kwiecień A.

Czasopismo Techniczne. Środowisko

|

2013

|

R. 110, z. 1-Ś

63--71

EN

The paper presents an analysis of Polymer Flexible Joint behaviour in a tensile test. Three Finite Element Method models have been developed in order to compare numerical and laboratory test results. A discrepancy between laboratory test results and computational results obtained in models based on material parameters derived from polymer dumbbell test has been shown. This work also presents the influence of the choice of hyperelastic material model on calculations accuracy in Polymer Flexible Joint analysis.

PL

W artykule przedstawione zostały wyniki analizy pracy Polimerowego Złącza Podatnego poddanego rozciąganiu. Wykonano trzy modele rozciąganego złącza za pomocą Metody Elementów Skończonych oraz porównano uzyskane wyniki numeryczne z rezultatami badań eksperymentalnych. Praca prezentuje rozbieżności pomiędzy wynikami bazującymi na parametrach materiałowych z jednoosiowego rozciągania próbki polimeru a wynikami z eksperymentów laboratoryjnych. W pracy przedstawiono również wpływ doboru modelu hipersprężystego na rozbieżności wyników obliczeń i testów laboratoryjnych.

12

Zastosowanie testu skręcania walca kołowego w zakresie dużych deformacji do identyfikacji parametrów materiałowych hipersprężystości lepiszczy asfaltowych

Jemioło S., Gajewski M.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2012

|

R. 19, nr 9

2521--2528, CD

PL

W pracy przedstawiono interpretację testu skręcania walca kołowego z indukowaną przez znaczne deformacje siłą ściskającą w ramach teorii hipersprężystości. Badania doświadczalne wykonano reometrem dynamicznego ścinania (DSR). Podano opis właściwości sprężystych lepiszczy modyfikowanych w ramach analizowanej teorii. Zaproponowano sposób wyznaczenia funkcjii parametrów materiałowych relacji konstytutywnej hipersprężystości. Szczegółową analizę wykonanow przypadku lepiszcza modyfikowanego 65/105-60.

EN

The paper presents the interpretation of the circular cylinder torsion test carried out for significant deformation taking into account compressive force induced by this deformation. Experimental tests were performed using dynamic shear rheometer (DSR). The description of the elastic properties of modified binders are shown in the frame of theory of hyperelastic materials. Inthe paper the proposition of determination of the function and material parameters of hyperelastic constitutive models is presented. A detailed analysis was performed for the modified binder 65/105-60.

13

Hyperelastic behavior of cellular structures based on micromechanical modeling at small strain

Janus-Michalska M.

Archives of Mechanics

|

2011

|

Vol. 63, nr 1

3-3

EN

The present paper extends recent effective, linear anisotropic elasticity model [6, 7] for cellular materials by implying geometric nonlinearity, which is built as the constitutive relation between Green’s Lagrangean strain in the tensor and the second Piola–Kirchhoff stress tensor and strain potential formulation. Cellular materials may easily experience large deformations due to large pores-to-volume ratio, since such a deformation on the macroscopic level usually requires smaller deformations of the individual struts constituting the skeleton. The formulation based on micromechanical modeling assumes that essential macroscopic features of mechanical behavior on a macro scale, can be inferred from the deformation response of a representative volume element. Open-cell materials with diverse regular skeleton structures are considered. The initial stiffness tensor components for anisotropic continuum are expressed as fuctions of microstructural parameters, such as skeleton geometric data of representative volume element and skeleton material properties. Since large strains in skeleton structure are characteristic for elasto-plastic behavior, interest is focused on the large displacement and small strain cases. Examples involving numerical tests on cellular materials under homogenoeous strain, relevant to simple shearing and to uniaxial or biaxial loading in the tensile and compressive range, are considered.

14

A finite element implementation of Knowles stored-energy function: theory, coding and applications

Suchocki C.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. LVIII, nr 3

319-346

EN

This paper contains the full way of implementing a user-defined hyperelastic constitutive model into the finite element method (FEM) through defining an appropriate elasticity tensor. The Knowles stored-energy potential has been chosen to illustrate the implementation, as this particular potential function proved to be very effective in modeling nonlinear elasticity within moderate deformations. Thus, the Knowles stored-energy potential allows for appropriate modeling of thermoplastics, resins, polymeric composites and living tissues, such as bone for example. The decoupling of volumetric and isochoric behavior within a hyperelastic constitutive equation has been extensively discussed. An analytical elasticity tensor, corresponding to the Knowles stored-energy potential, has been derived. To the best of author's knowledge, this tensor has not been presented in the literature yet. The way of deriving analytical elasticity tensors for hyperelastic materials has been discussed in detail. The analytical elasticity tensor may be further used to develop visco-hyperelastic, nonlinear viscoelastic or viscoplastic constitutive models. A FORTRAN 77 code has been written in order to implement the Knowles hyperelastic model into a FEM system. The performace of the developed code is examined using an exemplary problem.

PL

Praca przedstawia pełną drogę wprowadzania do systemu metody elementów skończonych (MES) równania konstytutywnego hipersprężystości zdefiniowanego przez użytkownika przy użyciu odpowiedniego tensora sztywności. Aby zilustrować metodykę wprowadzania równania konstytutywnego do MES posłużono się modelem materiału hipersprężystego typu Knowlesa, gdyż model ten dobrze opisuje nieliniową sprężystość w zakresie średnich deformacji. Stąd model Knowlesa pozwala na poprawny opis własności mechanicznych polimerów termoplastycznych, żywic, kompozytów polimerowych i niektórych tkanek biologicznych, jak np. tkanka kostna. Przedstawiono podział równania konstytutywnego na część izochoryczną i objętościową. Wyprowadzono analitycznie tensor sztywności odpowiadający modelowi Knowlesa. Tensor ten nie był dotąd prezentowany w literaturze. Omówiono szczegółowo sposób wyprowadzania analitycznych tensorów sztywności dla materiałów hipersprężystych. Wyznaczony tensor sztywności może dalej posłużyć do budowy równań konstytutywnych nieliniowej lepkosprężystości lub lepkoplastyczności. W celu wprowadzenia modelu do systemu MES napisany został program w języku FORTRAN 77. W pracy przedstawiono wyniki z prostej symulacji MES wykonanej z wykorzystaniem napisanego programu.

15

Modeling of pulsating flow in a collapsible wall

Veshkina N., Zbiciński I., Obidowski D.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2010

|

Nr 1

117-118

EN

The paper presents the methodology for verification of Fluid Structure Interaction (FS1) model for silicone pipe reflecting pulsating blood vessel in human body. The 3-term Yeoh model for strain energy density function was used in order to describe nonlinear behavior of siliconc material. To dctcr-:. mine the boundary conditions for CFD simulations our own experimental set-up was designed. A good agreement between simulation and experiment was achieved.

PL

W artykule przedstawiono metodę weryfikacji modelu (FSI) dla silikonowej rurki odzwierciedlającej zachowanie pulsującego naczynia krwionośnego z przepływającą wewnątrz krwią. Przy pomocy trój członowego modelu Yeoha funkcji gęstości energii naprężenia rozważono nieliniowe zachowanie materiału silikonowego. Aby uzyskać warunki brzegowe do symulacji CFD przeprowadzono badania na specjalnie do tego celu zbudowanej aparaturze. Otrzymano dobre dopasowanie danych z symulacji do eksperymentu.

16

Model of hyperelastic fibre-reinfoced material

Gajewski M., Jemioło S.

Logistyka

|

2009

|

nr 6

CD-CD

EN

The main objective of this article is the proposition and FEM implementation in ABAQUS system a simplest class of hyperelastic constitutive models for isotropic non-homogeneous material reinforced with a fiber families. A key point for formulation of aforementioned constitutive models is the assumption of additive decomposition of stored energy function into two parts: one connected with the isotropic matrix and the other with the fiber families. The proposed hyperelastic model of non-homogeneous material has been implemented in ABAQUS using UMAT subroutine written in FORTRAN code. Several numerical problems solved in this paper are treated as illustrative and benchmark tasks.

PL

Głównym celem niniejszego artykułu jest propozycja i implementacja w systemie ABAQUS całej klasy najprostszych modeli konstytutywnych hipersprężystości materiałów niejednorodnych z uwzględnieniem zbrojenia wieloma rodzinami włókien. Podstawowym założeniem przy formułowaniu tego modelu jest założenie o addytywności funkcji jednostkowej energii sprężystości matrycy i włókien. Niewątpliwą zaletą proponowanego modelu jest to, że występujące w nim stałe materiałowe w większości mają interpretacje przeniesione z teorii małych odkształceń co umożliwia stosowanie tego modelu bez skomplikowanych badań doświadczalnych potrzebnych do kalibracji innych bardziej złożonych modeli. W niniejszej pracy oprócz prezentacji modelu konstytutywnego pokazano takSe rozwiązania zadań testowych oraz rozwiązanie przykładowego zadania brzegowego ściskania rur o przekrojach kołowych.

17

A multi-scale "morphological approach" for highly-filled participate composites: evaluation in hyperelasticity and first application to viscohyperelasticity

Touboul M., Nadot-Martin C., Dragon A., Fanget A.

Archives of Mechanics

|

2007

|

Vol. 59, nr 4-5

403-433

EN

This article deals with a non-classical scale transition devoted, in the long-run, to the prediction of the nonlinear mechanical behavior of energetic composites. A geometrical and kinematical schematization of the microstructure is defined as a conspicuous starting point for further localization-homogenization procedure. Thus, salient information on the morphology and some intraphase heterogeneity are taken into account. The first results obtained in a finite strain context for a three-dimensional periodic microstructure are compared to the finite element solution. Furthermore, the ability of the methodology to deal with viscohyperelasticity in a direct manner is illustrated. This is a significant step towards efficient mastery of the scale transition for viscoelastic aggregates, whose inherent characteristic lies in space/time local interactions and relative "long-memory" effect.

18

Simple shear test in identification of constitutive behaviour of materials submitted to large deformations - hyperelastic materials case

Ziółkowski A.

Engineering Transactions

|

2006

|

Vol. 54, iss. 4

251-269

EN

The present work is directed at evaluation of the simple shear test for identification of constitutive behaviour of materials submitted to large deformations. For that purpose, actual experimental conditions together with theoretical background of the test are analyzed on the example of two hyperelastic material models. Advantages and disadvantages of various strain and stress measures used for presentation of simple shear test (SST) results are analyzed. The most often presented as the only result of "standard" SST proof chart, i.e. shear nominal stress - shear nominal strain (?12(N) - ?/2), characterizes the material energetically in the sense that it reveals its capacity for elastic energy storage dW/V0 = ?12(N) d?. However, it characterizes the constitutive behaviour of the material only partially, since it is equivalent to shear II Piola Krichoff stress - shear Green-Lagrange strain (?21(2) - E21(2)) chart, within the large deformations context. This data alone does not even allow to reconstruct the shear Cauchy stress - shear spatial Hencky strain (?12(0) - e12(0)) chart for the tested material. In order to take full advantage of the constitutive information available from simple shear test, it is highly recommended to extend the experimental methodology of "standard" SST proof in such a way as to determine simultaneously two components (shear and normal) of nominal stress tensor in the same SST proof. Such experimental information allows for subsequent recalculation of non-symmetric nominal stress tensor components into Cauchy stress components.

19

Zjawiska kontaktowe w obszarze sprzężenia pasa zębatego z kołem pasowym

Mielniczuk J., Malinowski M., Rupiński D.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Maszyny Robocze i Transport

|

2003

|

Nr 56

107-114

PL

W artykule rozważane są problemy granicznych deformacji płaskich pasów gumowych. Wewnętrzna struktura takich materiałów konstrukcyjnych umożliwia powstawanie w nich dużych, skończonych odkształceń sprężystych, które dobrze opisuje nieliniowa teoria sprężystości. Z wykorzystaniem hipotez wytężeniowych sformułowano warunki graniczne materiałów hipersprężystych z potencjałem sprężystym w postaci neohookeanu. Za ich pomocą określono minimalne, graniczne średnice kół pasowych dla różnych grubości pasów płaskich.

EN

The paper presents the numerical stress analysis in contact zone of the tooth-belt with the tooth-pulley. The relations of the hyperelasticity with Mooney-Rivlin potential were used to describe the behaviour of the belt material. The calculations are made for different geometrical properties of the tooth and the finite element method with program ANSYS 5.7 are used. The results are presented on the figures and on the diagrams.

20

Design of some geometrical properties of belt transmission

Mielniczuk J., Rupiński D.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Maszyny Robocze i Transport

|

2003

|

Nr 56

99-106

EN

The critical deformation of plane rubber belts is studied and some geometrical properties of the belt transmission are designed. The internal structure of these materials allows for great elastic deformation to take place. The limit conditions based on the hyperelasticity with elastic potential in neo-Hookean's form and on the failure theories are specified. The minimal radii of the band pulley for various thickness of the elastomeric belt are determined.

PL

W artykule rozważane są problemy granicznych deformacji płaskich pasów gumowych. Wewnętrzna struktura takich materiałów konstrukcyjnych umożliwia powstawanie w nich dużych, skończonych odkształceń sprężystych, które dobrze opisuje nieliniowa teoria sprężystości. Z wykorzystaniem hipotez wytężeniowych sformułowano warunki graniczne materiałów hipersprężystych z potencjałem sprężystym w postaci neohookeanu. Za ich pomocą określono minimalne, graniczne średnice kół pasowych dla różnych grubości pasów płaskich.