Využití simulační analýzy pro optimalizaci plastů s obsahem přírodních vláken

Využití simulační analýzy pro optimalizaci plastů s obsahem přírodních vláken
V evropské průmyslové výrobě se začíná prosazovat trend nasměrovaný k využívání obnovitelných materiálů, ke kterým mj. patří přírodní vlákna. Vývojáři nových výrobků se setkávají s požadavky na aplikační využití plastových materiálů vyztužených přírodními vlákny, jako jsou sisal, konopí, len atd. Snaha o uplatnění přírodních vláken vytváří novou výzvu: výrobky z plastových materiálů obsahujících přírodní vlákna (NFC) se při výrobě chovají odlišně v porovnání s plastovými díly, u nichž polymerní matrice byla doplněna dosud používanými typy vláken (skelná, karbonová, ocelová apod.).

Taveniny plastů vykazují odlišné tečení, pokud obsahují přírodní vlákna: přírodní vlákna jsou v průměru delší a pružnější, což mj. způsobuje jejich nižší hustotu a vyšší objemový podíl při stejném hmotnostním poměru, pokud je porovnáváme s plnivem ze skleněných vláken. Z tohoto důvodu není možné k simulačním analýzám použít výpočtový model pro skleněná vlákna.

Využití simulační analýzy pro optimalizaci plastů s obsahem přírodních vláken

   Obr. 1: Přírodní materiály, které mohou být využity k přípravě vláken pro plastikářský průmysl: sisal, konopí, pšeničná sláma, len, kenaf (vlákno z ibišku konopovitého), regenerovaná celulóza a dřevěná vlákna


Výše uvedené bylo hlavním důvodem, proč se německá firma Simcon GmbH, dodavatel simulačních softwarů Cadmould® a Varimos® pro optimalizaci vstřikování plastů, zapojila do výzkumného projektu s názvem „Materiálové a tokové modely pro vstřikované materiály s obsahem přírodních vláken, podpora použití přírodních vláken v automobilovém průmyslu“. Na projektu spolupracovala řada dalších významných firem a institucí jako např. Ford, Universita ve Wisconsin-Madisonu, Universita v Brémách, WKI Hannover, Institut Fraunhofer, International Automotive Components, LyondellBasell a další.


V rámci výzkumného projektu byly postupně provedeny následující kroky:

a) Na universitě v Madisonu byl vytvořen mikromechanický model pro popis chování přírodních vláken při proudění s bilancí sil působících na jednotlivá vlákna.

b) Na universitě v Brémách a na WKI Hannover byla zjištěna orientace přírodních vláken v reálných tělesech pomocí mikro-CT-snímků.

c) Nový výpočtový modul byl vložen do výpočtového jádra softwaru Cadmould® a návazně byla provedena řada porovnávacích měření s využitím počítačové tomografie.

d) Pro zamezení kvalitativních vad byly stanoveny nové technologické parametry vstřikování plastových materiálů obsahujících přírodní vlákna. Vhodné parametry jsou poněkud odlišné od dosud běžně používaných hodnot.

e) K dalšímu ověření nového simulačního modulu posloužily crash testy, při kterých bylo porovnáváno crash chování reálných dílů se simulačními matematickými výpočty. Orientace přírodních vláken vypočítaná softwarem Cadmould® byla s využitím programu Cadmould® Converse přenesena do softwarů LS-DYNA a RADIOSS, ve kterých byly provedeny strukturální výpočty.

Při všech porovnáních byly nalezeny dobré shody mezi simulacemi a výsledky reálných měření. Na obrázku 2 je doložena shodnost deformačního výpočtu s reálnou deformací dílu.

 Využití simulační analýzy pro optimalizaci plastů s obsahem přírodních vláken

   Obr. 2: Vypočítaná deformace PP dílu plněného sisalem a deformace reálného dílu. Deformace jsou shodné ve směru i velikosti.


Výsledkem výzkumného projektu je nový funkční simulační modul softwaru Cadmould®, vycházející z mikromechanického modelu zpracovaného na univerzitě v Madisonu, který umožní analýzy plastových výrobků s obsahem přírodních vláken. Simulace tak dokáží komplexně pokrýt požadavky průmyslu. Dalším úkolem firmy Simcon je pak dále rozvíjet a zdokonalovat nový simulační modul s cílem dosáhnout co nejlepších analýz materiálů obsahujících různé typy přírodních vláken.

www.cadmould.cz

Autor: Jiří Gabriel, Plasty Gabriel s.r.o.
Sdílet:
  • Plasty Gabriel s.r.o.

    Plasty Gabriel s.r.o.

    Vstřikování plastů, analýza vstřikování plastů, software Cadmould pro analýzu a optimalizaci vstřikování plastů, simulace vstřikování plastů.
    Mezihoří 262
    Moravské Knínice
    Česká republika

Dodavatelé k tématu

  • Better industry s.r.o.

    Better industry s.r.o.

    Technologická společnost, která dodává softwarové produkty a řešení zaměřené na zvýšení efektivity výrobních procesů.
    Purkyňova 649/127
    Brno
    Česká republika
  • REKO PRINT, s.r.o.

    REKO PRINT, s.r.o.

    Značení plastů, označování produktů, průmyslové značení, etiketovací linky, aplikátory etiket, laserové značení.
    Zahradní 194
    Dolní Dunajovice
    Česká republika
  • KIPP CZ s.r.o.

    KIPP CZ s.r.o.

    Upínací technika, normálie, normované díly, ovládací prvky, speciální řešení pro standardní díly.
    Vídeňská 188/119d
    Brno
    Česká republika
  • MK UNITS s.r.o.

    MK UNITS s.r.o.

    Komponenty pro plastifikační jednotky vstřikovacích lisů – zpětné ventily, trysky, šneky, komory, topné pásy a jejich…
    Na Strážnici 339
    Dolní Lhota
    Česká republika
  • Bonafa projekt s.r.o.

    Bonafa projekt s.r.o.

    Ochrana interiérů před přehříváním a oslněním, venkovní stínění střešních světlíků screenovými plachtami, servis a…
    Náměstí Gen. Svobody 2153/27
    Ostrava
  • Archeo CZ s.r.o.

    Archeo CZ s.r.o.

    Distributor předních značek technických granulátů, včetně PA a POM, odborné poradenství při výběru vhodného materiálu…
    Lidická 445
    Nový Bohumín

Mohlo by vás také zajímat

AI v údržbě: Jak proměnit data a zkušenosti lidí v praktickou pomoc pro výrobu

2.11.2026 Prediktivní údržba, dostupnost know-how i rychlejší řešení poruch. Panelová diskuse ukázala, že skutečný přínos umělé inteligence v průmyslové údržbě nespočívá pouze v předvídání závad, ale také v tom, jak firmy...