Experimental methodology of determination of ductile plastics mechanical properties

Tato disertační práce si klade za cíl zpřesnění výsledků numerických simulací fyzických zkoušek nárazníků. Tohoto zpřesnění se snaží dosáhnout zkvalitněním materiálového popisu, jenž vstupuje do konečně-prvkového materiálového modelu.Tématem práce je návrh experimentální metodiky identifikace mechanických vlastností houževnatých polymerních materiálů využívaných při konstrukci nárazníků. U této experimentální metodiky je zároveň kladen důraz na minimalizaci experimentálních prací. To vede ke zkrácení doby experimentů a tím ke snížení nákladů. To je podstatná skutečnost pro využívání této metodiky v praxi.Zmiňovaná experimentální metodika identifikace mechanických vlastností v soběobecně zahrnuje volbu, příp. návrh: zkušebních zařízení, typu a podmínekexperimentálních zkoušek a jejich provázanost, způsob zpracování naměřených dat ajejich interpretace ve vztahu k používaným typům konečně-prvkových materiálovýchmodelů. Návrh skladby a podmínek experimentálních zkoušek této metodiky vycházíz podmínek fyzických zkoušek nárazníků. Tyto podmínky jsou velmi rozličného charakteru z hlediska teploty, rychlosti zatížení (rychlosti deformace) nebo doby působení zatížení. Nárazníky se zkouší na statická a rázová zatížení, ale i na kríp. Teploty se pohybují v rozsahu od -40 °C do +80 °C. Experimentální práce probíhají na třech zařízeních (univerzální zkušební zařízení, dynamicko-mechanický analyzátor a padostroj). Padostroj, sloužící k realizaci rázových zkoušek v tahu, byl navržen pro účely této práce.Na základě experimentálně získaných dat je vytvořen konečně-prvkový materiálový model. Ten je verifikován experimentální rázovou zkouškou nárazníku.Jsou porovnávány výsledky dvou simulací s experimentem. První simulace obsahuje původní konečně-prvkový materiálový model užívaný v dosavadní praxi. Druhá simulace používá nový konečně-prvkový materiálový model vytvořený dle představené experimentální metodiky. Porovnání ukazuje, že nový materiálový model dosahuje přesnějších a kvalitnějších výsledků než model původní. To dokazuje naplnění vytyčeného cíle této práce.Aim of the thesis is to achieve more precise of numerical simulations resultsof physical car bumper tests. It will be achieved through improving the materialdescription, which is inserted into the finite element material model. The theme of thethesis is to create an experimental methodology for identification of mechanicalproperties of ductile polymer materials used in the design of the bumpers.There is also important to minimize of experimental work in this experimentalmethodology. It leads to shortening of the experiments and thus reduces costs. It isessential to use the methodology in practice.The mentioned experimental methodology of identifying the mechanicalproperties generally includes selection or design of: test equipment, the type andconditions of the experiments and their interconnection, the way data processing andinterpretation in relation to the used type of finite element material model. Compositionand conditions of experimental tests of the methodology is based on the physical carbumper tests. These conditions are very different kind in terms of temperature, loadvelocity (strain rate) and duration of load. Temperatures range from -40 °C to +80 °C.Experimental work is performed on three devices (universal testing machine,dynamic-mechanical analyzer and drop tester). Drop tester has designed forthe implementation of the tensile impact test for the purposes of this thesis.Finite element model has based on the experimental data. The model has verifiedby experimental car bumper impact test. The results of two simulations were comparedwith experiment. The first simulation was based on the original finite element materialmodel used in current practice. The second simulation used a new finite elementmaterial model based on the presented experimental methodology. The comparisonshows that the new material model achieves more accurate and better results thanthe original model. This fact demonstrates the fulfillment of given aim of this thesis