Simulation driven design of timber bolster in fibre composite

The primary objective of this thesis is to investigate a simulation and optimisation based methodology using fibre composite materials to lower the weight of timber bolsters. The timber bolsters secure the timber from falling off the truck during loading and transport. A lighter forestry truck is beneficial for several reasons such as increased payload and fuel efficiency and a decreased environmental impact. This thesis includes a concept study for a bolster made of fibre composites. Carbon and glass fibres together with polyurethane were chosen as material system and the recommended manufacturing methods were pultrusion and resin transfer moulding. A study of the economy related to the timber transport was conducted during the concept phase to investigate the potential business case. The thesis also includes an optimisation of the generated concept. The optimisation focused on geometry and fibre layup. By the use of optimisation the weight was reduced from the initial 136 kg of aluminium to 87 kg of glass and carbon fibre. The optimised design was compared with today’s aluminium bolsters and indicated that the composite bolster is realistic from an economic perspective. A methodology for analysing bolted joints in fibre composites was developed. The analysis was made using the finite element method and resulted in a comparison between different failure criteria. Based on the results it can be concluded that the prediction of failure differs significantly depending on used failure criterion and tests are needed for verification. Finally a simulation was made to verify the structures response to an impact. The simulation was compared with calculations using energy equations showing a fairly good agreement.Det huvudsakliga syftet med detta examensarbete var att använda metodik baserad på simulering och optimering samt fiberkompositmaterial för att minska vikten på timmerbankar. Timmerbankar används för att lastsäkra timmer på lastbilar under lastning och transport. En lättare lastbil är fördelaktig av flera anledningar som t.ex. ökad kapacitet för nyttolast och bränsleeffektivitet samt en minskad miljöpåverkan. Examensarbetet inkluderar en konceptstudie för en timmerbanke i fiberkomposit. Kolfiber och glasfiber tillsammans med polyuretan valdes som material. Pultrusion och resin transfer moulding rekommenderades som tillverkningsmetoder. En studie av ekonomin relaterad till timmertransport genomfördes under konceptstudien för att undersöka om konceptet har potential att vara ekonomiskt gångbart. Examensarbetet innehåller även en optimering av det genererade konceptet. Optimeringen fokuserade på geometri samt kompositlaminatets fiberriktningar och stackningsordning. Genom användning av optimering minskades vikten på banken från dagens 136 kg i aluminium till 87 kg med glas och kolfiber. Den optimerade banken jämfördes med en existerande aluminiumbanke ur ett ekonomiskt perspektiv och slutsatsen är att med de givna antagandena har den optimerade konstruktionen större ekonomisk potential. En metod för att analysera skruvförband i komposit utvecklades och olika brottkriterier har undersökts. Analysen genomfördes med finita elementmetoden och resulterade i en jämförelse mellan olika brottkriterier. Baserat på resultaten kan det konstateras att prediktering av brott påverkas avsevärt av använt brottkriterium och att verifierande provning behövs. Slutligen genomfördes en simulering för att verifiera strukturens respons vid en slag last. Simuleringen jämfördes med beräkningar baserade på energiekvationer och på påvisade skaplig överenstämmelse