Keywords
microcellular composites
numerical simulations
Digimat
Ansys
Mori-Tanaka homogenization method
numerical simulations
Digimat
Ansys
Mori-Tanaka homogenization method
How to Cite
Frącz, W., Janowski, G., & Ryzińska, G. (2017). Selected aspects of manufacturing and strength evaluation of porous composites based on numerical simulations. Advances in Mechanical and Materials Engineering, 34(295 (1), 31-43. https://doi.org/10.7862/rm.2017.03
Abstract
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.
References
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.
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.