Process-Induced Local Material Variations in Finite Element Simulations of Cast and Fibre Reinforced Injection Moulded Components

• The purpose of this thesis is to provide an overview of the methods used in the appended papers, in order to consider heterogeneous material properties in finite element simulations by using process simulations as input. The work deals with both injection moulded and cast components, and focuses on process-induced local material variations and their effect on component performance.The influence of heterogeneous properties originating from the casting process as well as some other common simplifications, which are made in finite element analyses, are evaluated for a cast iron component. It is found that commonly neglected properties such as compressive strength, residual stresses, temperature dependency and heterogeneous properties have a non-trivial and potentially large influence on the simulation results.Lastly, a computational method for fibre reinforced plastics is presented. The methodology enables designers to consider the non-linear anisotropic properties of fibre-reinforced polymers, due to the flow-induced fibre orientation predicted by injection moulding simulations. The method allows material data assignment in each integration-point of the structural mesh. The method is demonstrated to capture the behaviour of the full range of fibre orientations simultaneously with good accuracy.

• Syftet med denna avhandling är att översiktligt beskriva de metoder som används i de bifogade artiklarna. Dessa metoder möjliggör beaktandet av heterogena materialegenskaper vid hållfasthetsberäkningar med hjälp av finita element metoden (FEM), genom att först simulera tillverkningsprocessen. Arbetet behandlar både formsprutade och gjutna komponenter, och fokuserar på process-inducerade lokala materialvariationer, samt hur dessa påverkar komponenters prestanda.En gjutjärnskomponent har studerats med syftet att undersöka inverkan av heterogena materialegenskaper från gjutprocessen, samt några andra vanligt förekommande förenklingar som görs i industriella hållfasthetsanalyser. Genom att försumma materialets kompressionsbeteende, eventuella restspänningar ifrån gjutprocessen, temperaturberoende, samt den heterogena fördelningen av materialegenskaper ifrån tillverkningsprocessen introduceras icke-triviala och potentiellt stora fel i simuleringsresultaten.Slutligen presenteras en beräkningsmetod för fiberförstärkta formsprutade plaster. Initiala simuleringar av formsprutningsprocessen används för att prediktera den lokala fiberorienteringen, vilken används för att möjliggöra hållfasthetsberäkningar som tar hänsyn till det olinjära och anisotropa materialbeteendet hos formsprutade fiberförstärkta komponenter. Metoden möjliggör att materialdata kan appliceras i varje integrationspunkt i beräkningsnätet, och har utvärderats genom att demonstrera ett korrekt materialbeteende för flera fiberorienteringar samtidigt, med god noggrannhet.

Subject headings

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Materialteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Materials Engineering (hsv//eng)

Publication and Content Type

vet (subject category)

lic (subject category)