Inverz paraméterillesztési eljárások vizsgálata viszkózus-rugalmas-képlékeny anyagi viselkedés esetén
Polimerek ipari felhasználásánál mai napig az egyik legnagyobb kihívás, hogy anyagi viselkedésük nemlineáris, továbbá jelentősek a hőmérséklet- és deformációsebesség-függő tulajdonságaik is. Emiatt a feszültség-alakváltozás kapcsolat rendkívül bonyolult egyenletekre vezet, amelyeket sokszor csak speciális esetekre tudunk megoldani analitikusan, így általában ezeket az egyenleteket numerikusan kell közelíteni. Napjainkban egyre nagyobb arányban fordulnak elő polimerből készülő alkatrészek, így egyre nő az igény a hőformázási folyamatok pontos modellezésére, az elkészülő termékek gyártás utáni méreteinek pontos ismertére, hogy csökkentsük a tervezési időt és minimális számú prototípust kelljen elkészíteni.
Szerencsére a mai számítógépek számítási teljesítménye lehetőséget ad nekünk, hogy a teljes hőformázási folyamatot numerikus szimulációval vizsgáljuk. Ehhez szükségünk van az anyagi viselkedést megfelelően leíró konstitutív egyenletre, amelyet a polimer viselkedéséhez kell kalibrálnunk. Az analitikus megoldás hiányában ez egy rendkívül komplex mérnöki feladat, melynek egy lehetséges módszere, hogy inverz paraméterillesztési eljárás segítségével, végeselemes szimulációk alapján végezzük el az anyagparaméterek illesztését.
Dolgozatomban viszkózus-rugalmas-képlékeny viselkedést is mutató mikrocellás polietilén-tereftalát (MC-PET) polimer hab példáján vizsgáltam az inverz paraméterillesztési eljárás lehetőségeit. A több hőmérsékleten elvégzett egytengelyű húzómérés adatai alapján az ABAQUS kereskedelmi végeselemes szoftverben található ún. „two-layer viscoplastic” modellt illesztettem, amely egyike azon kevés anyagmodellnek, amely megfelelően leírja ezt a komplex anyagi viselkedést.
Az illesztés során több különböző matematikai elven működő illesztési algoritmust is vizsgáltam, majd statisztikai mérőszámok segítségével elvégeztem a módszerek összehasonlítását. Dolgozatom eredményeképpen elkészült egy ajánlás, hogy hasonló probléma esetén mely módszerrel, milyen súlyozás mellett, körülbelül milyen pontosságú eredményt várhatunk, és mennyi idő alatt.
Hivatkozások:
1. Dassault Systèmes. Abaqus, version 2016 URL: www.3ds.com/products-services/simulia/products/abaqus/
2. J. Bergstrom, 2015, Mechanics of solid polymers : theory and computational modeling, Elsevier
3. Berezvai, Szabolcs & Kossa, Attila. (2017). Characterization of a thermoplastic foam material with the two-layer viscoplastic model. Materials today: proceedings. 4. 10.1016/j.matpr.2017.06.040.
