Rétegelt memóriahabos matracok vizsgálata és szimulációja
Mindennapi életünk szinte mára már elképzelhetetlen lenne különböző polimer habok használta nélkül. A polimerhabok nagy energiaelnyelő képességük miatt nagyon elterjedtek, mind az iparban, mind a hétköznapi életben. Néhány alap felhasználási példa a hétköznapjainkból: párnák, ülések, táskák, cipők, ruhák, illetve az ágymatracok és így tovább. Ezért kiváltképp fontos számunkra ezen anyagok viselkedésének megfelelő vizsgálata és fejlesztése.
Napjaink felgyorsult világában egyre kevesebb időnk van a pihenésre és az alvásra, így ezt a kevés időt a lehető leghatékonyabban módon érdemes kihasználni. Ezért nélkülözhetetlen, hogy az egyénre szabott ágymatracokat válasszuk ki. Mivel az ágymatracok egy igen jelentős része rétegelt polimerhabokból áll, így fontos ezen anyagok mechanikáját vizsgálni.
Jelen dolgozatomban a rétegelt memóriahab matracok mechanikai vizsgálatával, paraméter illesztésével és a rétegelt habok VEM szimulációjával foglalkoztam. A polimer hab matracok egyik fajtája a memóriahab matracok, amelyek általában két különböző polimerhab összetételéből állnak: hideghabokból és memóriahabokból. Mivel a polimerhabok igen nagy alakváltozással és deformációval rendelkeznek, ezért a viselkedésük leírása csak bonyolult nemlineáris anyagmodellek segítségével lehetséges. Hideghabok esetén viselkedése tisztán rugalmas, ezek ún. hiperelasztikus anyagmodell segítségével leírhatók, míg a memóriahabok viselkedése függ a deformációsebességtől, ezért ezen anyagok leírására egy jóval bonyolultabb ún. viszko-hiperelasztikus anyagmodell használata szükséges.
Dolgozatom célja a piacon kapható memóriahab matracok réteg-habmagasság arányának a szerkezet eredő anyagi viselkedésre gyakorolt hatásának vizsgálata kétrétegű modell segítségével. Ehhez a szerkezetet alkotó hideghab és memóriahab anyagokon külön-külön egy- és kéttengelyű mechanikai vizsgálatokat végeztem, hogy a szükséges anyagparamétereket különböző numerikus algoritmusok segítségével meghatározzam. Ezt követően, a memóriahabos matrac kicsinyített modelljén végeztem a benyomódásos vizsgálatokat, hogy a későbbiekben a VEM szimuláció eredményével össze tudjam hasonlítani. A fent említett anyagparaméterek VEM szimuláció megfelelő elkészítéséhez szükségesek, ahol a kicsinyített modellek szimulációját végeztem, majd ezen eredményeket hasonlítottam össze a tényleges mérési eredményekkel. Munkám fő eredménye az optimális paraméterillesztési stratégia megtalálása volt, illetve a matracok szerkezetének összetettebb vizsgálata annak érdekében, hogy mechanikai úton is előrelépéseket tegyünk az optimális matracválasztás irányába.
Irodalom:
[1] Szabolcs Berezvai, Attila Kossa: Closed-form solution of the Ogden–Hill’s compressible hyperelastic model for ramp loading (In: Mech Time-Depend Mater, 25 August 2016).
[2] W.G. Knauss, I. Emri, and H. Lu. Handbook of Experimental Solid Mechanics: Mechanics of Polymers - Viscoelasticity. Springer, 2008.
[3] N. Mills. Polymer foam handbook: Engineering and Biomechanics Applications and Design Guide. Butterworth-Heinemann, 2006.
[4] B. Storakers. On material representation and constitutive branching in finite compressible elasticity. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, (34):125–145, 1986.
[5] Dassault Systemes. Abaqus, version 6.14-2. 2015.
URL: www.3ds.com/products-services/simulia/products/abaqus/.
