Otaczają nas różnorodne tworzywa sztuczne: termoplastyczne i termoutwardzalne, a także elastomery, pianki, kompozyty i kleje. Z polimerami spotykamy się w przypadku opakowań, elementów ochronnych, strukturalnych i o charakterze dekoracyjnym. Są one także obecne w sprzęcie sportowym i medycznym. Wszędzie tam sprawdzają się jako rozwiązanie produkcyjne, zapewniające odpowiednie parametry w szerokim zakresie sztywności, czyniąc produkty bezpiecznymi, ekonomicznymi i wydajniejszymi.
Jednak zastosowanie polimerów w naszych projektach niesie za sobą pewne komplikacje, związane z ich zachowaniami mechanicznymi, które są zależne od czasu. Miarodajne modelowanie tych zachowań jest możliwe na podstawie odpowiednich założeń teoretycznych, przy użyciu odpowiednich danych i narzędzi.
Wszystkie polimery wykazują zależność zachowania od czasu, a prawidłowe jej uchwycenie może być żmudnym zadaniem. Mechaniczne zachowanie polimerów może być albo lepkosprężyste, albo lepkoplastyczne, jak też może wykazywać efekty pełzania i relaksacji naprężeń.
Podczas pełzania materiał sukcesywnie ulega odkształceniu pod obciążeniem, niczym plastelina rozciągająca się pod własnym ciężarem. Relaksacja naprężeń z kolei opisuje stan, w którym siła wymagana do utrzymania stałego naprężenia lub odkształcenia maleje wraz z upływem czasu, na podobnej zasadzie jak w przypadku uciskania przedmiotu za pomocą gumowej opaski, która z czasem traci naciąg. W wyniku przeoczenia tych aspektów może powstać wyrób, który ulegnie uszkodzeniu w wyniku takich mechanizmów deformacji, albo też będzie przykładem overengineeringu, który skutkuje wzrostem kosztów i ograniczeniem wydajności.
Co więc ma zrobić inżynier symulacji obarczony zadaniem analizy takiego materiału? Jak uzyskać informacje na potrzeby symulacji? Rozumiejąc zachowanie (niektórych) polimerów i znając metody eksperymentalne służące pozyskiwaniu danych na potrzeby symulacji, można uwzględnić w modelu zmienność zachowań w czasie.
Na użytek tego artykułu, wykorzystując PETg (politereftalan etylenu modyfikowany glikolem) jako przykładowy materiał stosowany w formowaniu rozdmuchowym, w celu uchwycenia zmienności zachowania w czasie, przeprowadziliśmy próby jednoosiowego, monotonicznego i cyklicznego rozciągania w podwyższonej temperaturze. Następnie dokonaliśmy wyboru zaawansowanego modelu konstytutywnego i skalibrowaliśmy parametry materiałowe, a na koniec przeprowadziliśmy symulacje MES formowania rozdmuchowego na potrzeby projektu wyrobu i doboru parametrów technologicznych.
cały artykuł jest dostępny w wydaniu płatnym 3/4 (210/211) marzec/kwiecień 2025
