Modelling of cushion materials
- Reference number
- SM07-0009
- Start and end dates
- 081001-111231
- Amount granted
- 1 000 000 SEK
- Administrative organization
- RISE Swerea IVF
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The performance of cushioned products, such as vehicle seats, helmets, shoes and hospital beds, depends critically on the behaviour of cushion materials. Such materials usually consist of soft foams or fibre wadding or both. Their mechanical behaviour is complex and difficult do model, yet it controls the deformations, the resulting pressure distributions, energy absorption and, indirectly, the transport of heat and moisture. A powerful simulation tool in this area would thus be likely to improve comfort and reduce human suffering and public spending currently caused by injuries, bed sores, back pain etc. The aim of the project is to introduce modern computational techniques into applications involving cushion materials. A main objective is to simulate the deformation, skin contact pressure distribution, and the transport of heat and moisture in a bed and/or a seat. I will make use of models and theories for foams and fibrous frictional materials developed at Chalmers. For a swift start, I will begin with existing models and immediately focus on a real full-scale problem. Experimental techniques are available at IFP Research. A standardised mechanical/hygrothermal test method developed by IFP Research is ideally suited as a benchmark. The expected outcome is a working simulation tool, accurately predicting pressure distributions and flux data for heat and moisture. The computations should be efficient enough to be performed iteratively for optimisation purposes.
Popular science description
Detta är ett försök att sprida modern beräkningsteknologi till ett teknikområde där konstruktion fortfarande bygger på ”trial and error” och handräknande. Detta inte för att beräkningsproblemen skulle vara enkla utan tvärtom för att de är så svåra att det förefaller omöjligt. Mitt budskap här är att utvecklingen av datorer och beräkningsmetoder medger avancerad modellering och simulering inom alltfler tillämpningsområden, men att man i många branscher inte ser möjligheten. Detta gäller bland annat områdena komfort och skyddsprodukter, som involverar madrasserande material som fibervadd och skum, med uppgift att fördela kontaktkrafter och absorbera rörelseenergi. Analysen av dessa material är idag ytterst primitiv, beroende på att materialen egentligen har ett komplext och svårbeskrivet beteende. Två besvärligheter med dessa material kan nämnas: (1) De undergår stora deformationer, vilket gör varje deformationsanalys ickelinjär. (2) De bildar inre kontakter vid kompressiv deformation, vilket gör att spänningssvaret beror på ett komplicerat sätt av deformationssekvensen och inte bara själva deformationstillståndet. Dessa svårigheter måste förstås övervinnas genom modellutveckling, men vi är nu mindre begränsade än tidigare av tillgänglig datorkraft, vilket medger att modellerna kan vara mer avancerade och komplicerade. Det är lätt att inse att användning av simuleringsverktyg vid konstruktion av tex förarsäten eller sjukhussängar har en stor potential att bespara samhället både kostnader och mänskligt lidande, tex i form av liggsår och ryggbesvär. Därför är denna teknikspridning så viktig, och ju fortare det sker desto bättre. En av målsättningarna med projektet är att simulera det ovannämnda problemet säte/säng, och beräkna tryckfördelning mot hud, och transport av värme och fukt. Härvid kommer jag börja med att implementera de modeller vi redan utvecklat vid Chalmers, för att snabbt ta fram resultat som kan övertyga branschrepresentanter och skapa intresse. Sedan kommer vi successivt att utveckla modellerna under jämförelse med experiment som redan finns tillgängliga vid IFP Research.