Mer pålitelige styrkeberegninger for støtbelastning av plast
Hamid Daiyan forsvarte sitt doktorgradsarbeid ved Universitetet i Oslo 22. juni 2011. Temaet var mekanisk respons til sprøytestøpt polypropylen og utvikling av bedre modeller for styrkeberegning, spesielt med tanke på støtbelastning. Arbeidet har vært utført ved SINTEF i Oslo som en del av prosjektet "Innovativ sprøytestøpeindustri", med støtte fra Forskningsrådets BIA-program og Plastal AS.
Dette doktorgradsarbeidet er ett av flere FoU-prosjekter innen avansert mekanisk testing og utvikling av materialmodeller for plast og kompositter, som er et satsningsområde for SINTEF og NTNU. Den praktiske nytten for industrien er kort sagt at styrkeberegninger blir mer pålitelige. Kompetanse innen testing og simulering fra disse prosjektene er selvfølgelig tilgjengelig for alle i norsk plastbransje. Dette inkluderer tilgang til spesialutstyr som brukes i forbindelse med testene (prøvepreparering, måling av tøyninger o.l.). FoU-ressursene innen plast og kompositter er forholdsvis små i Norge, så det er viktig å kunne dele på fellesressurser og infrastruktur.
Hva var så motivasjonen for dette konkrete doktorgradsarbeidet? Oppførselen til polymermaterialer når de utsettes for mekaniske støtbelastninger er viktig i mange sammenhenger, og disse materialene brukes stadig mer i kritiske anvendelser. Støtbelastning er bl.a. viktig for bilkomponenter relatert til passasjer- og fotgjengersikkerhet. Utgangspunktet for doktorgradsarbeidet var et ønske fra Plastal om bedre og mer verifiserte materialmodeller for simulering av støtbelastning av slike komponenter.
Doktorgradsarbeidet har fokusert på typiske polypropylenmaterialer brukt i bileksteriører. Den mekaniske responsen til disse materialene er forholdsvis utfordrende å simulere, bl.a. fordi de kan deformeres mye før brudd oppstår. Den mekaniske responsen avhenger av materialets oppbygning (molekylvekt, fyllstoffer, elastomerpartikler etc) og mikrostruktur (f.eks. krystallinitetsgrad, orientering til krystaller, og tetthet av kjeder som binder sammen krystaller). Mikrostrukturen er igjen påvirket av bearbeidingsprosessen som i dette tilfellet er sprøytestøping. En effekt av dette er at de mekaniske egenskapene varierer over produktet; de varierer f.eks. gjennom tverrsnittet og de er forskjellige i flytretningen og normalt på flytretningen. Når det gjelder å komme fram til en materialmodell som er "god nok" er noen av utfordringene relatert til testingen (for å få "sanne" data til kalibrering av modellen), mens andre går på begrensninger med de forskjellige modellene.
Doktorgradsarbeidet har bidratt til en bedre forståelse av disse materialenes mekaniske ytelse. Flere utfordringer relatert til testing, materialmodeller og numerisk simulering er belyst. Forbedringer er foreslått for prøvegeometrier og testmetoder for testing i strekk (inklusive hurtigstrekking opp til 10 m/s), skjær og kompresjon. En ny metode for full-felts-målinger av deformasjoner og tøyninger (såkalt 3D digital image correlation) er brukt i disse testene. I simuleringsdelen av doktorgradsarbeidet er en ny materialmodell implementert og evaluert for en rekke forskjellige belastninger av sprøytestøpte staver og plater.
Etter disputasen: Hamid Daiyan (nr 4 f.v.) flankert av (f.v.) Julio C. Viana (opponent fra Universitetet i Minho i Portugal), Erik Andreassen (hovedveileder, SINTEF), Einar L. Hinrichsen (forskningsleder for Polymer- og Komposittmaterialer ved SINTEF), Harald Osnes (veileder, Universitetet i Oslo) og Arild H. Clausen (opponent, NTNU). Den tredje veilederen, Frode Grytten (SINTEF), var ikke tilstede da bildet ble tatt.
Hamid Daiyan ved en sprøytestøpemaskin for produksjon av støtfangerkapper hos Plastal AS på Raufoss.
