Modellering av mjuka stötdämpande material
- Diarienummer
- SM07-0009
- Start- och slutdatum
- 081001-111231
- Beviljat belopp
- 1 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- RISE Swerea IVF
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Funktionen hos produkter som förarsäten, hjälmar, skor och sjukhussängar hänger starkt samman med materialbeteendet hos mjuka stötdämpande material, såsom fibervadd och skum. Dessa material uppvisar ett komplext och svårmodellerat beteende, och det är detta mycket speciella beteende som styr deformationer, tryckfördelningar, energiabsorption och, indirekt, värme- och fukttransport. Ett kraftfullt simuleringsverktyg på detta område torde därför kunna avsevärt förbättra komfort och reducera mänskligt lidande och samhällskostnader som idag orsakas av olika slags skador, liggsår, ryggont osv. Syftet med projektet är att introducera moderna beräkningsmetoder för dessa tillämpningar. Ett konkret mål är att simulera deformation, kontakttryckfördelning mot hud, samt fukt- och värmetransport i en säng och/eller ett säte. Jag avser dra nytta av modeller och teorier utvecklade vid Chalmers. För att snabbt komma igång, kommer jag börja med redan fungerande modeller och direkt fokusera på verkliga problem i full skala. Experimentella metoder finns tillgängliga vid IFP Research. IFP Research har utvecklat och standardiserat en mekanisk/hygrotermisk provningsmetod, som blir idealisk för benchmarktest. Det förväntade resultatet av detta arbete är ett fungerande simuleringsverktyg som kan korrekt beräkna tryckfördelningar och flöden av värme och fukt. Beräkningseffektiviteten bör medge iterativa beräkningar för optimering av konstruktioner.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.