Multiskal modellering av papper
- Diarienummer
- FID17-0006
- Start- och slutdatum
- 190101-231231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Fraunhofer-Chalmers Centre
- Forskningsområde
- Beräkningvetenskap och tillämpad matematik
Summary
För att stärka sin konkurrenskraft är det helt nödvändigt för företag verksamma inom pappers- och kartongtillverkning att ha en innovativ, snabb och kostnadseffektiv produktutveckling. Inom projektet ISOP har en unik datorbaserad pappersmodell utvecklats som gör det möjligt att analysera och optimera tillverkningsprocessen i pappermaskinen samt produktkvaliteten. En viktig utvidgning är att utveckla metoder och algoritmer som kan prediktera de mekaniska egenskaperna på makroskala baserat på indata från formningssimuleringar på mikroskala. Målet med ansökan till institutsdoktorand är att genomföra en rigorös matematisk analysis av probelemet, utveckla och implementera en ny multi-skal metod, och att validera simuleringsresultaten med experiment på enskikts- och flerskikt-kartong. Det existerande ramverket tillsammans med den unika multi-skal metoden skapar unika möjligheter att angripa detta utmanande problem. Ett lyckat projekt har potential att signifikant bidra till att minska produktutvecklingstid och kostnader, och förbättra produktkvaliteten. Därigenom ökar konkurrenskraften för produkter baserade på skogsråvara till nytta för Sverige och inte minst vår gemensamma miljö.
Populärvetenskaplig beskrivning
Skogsindustrin spelar en stor roll för den svenska ekonomin och står för mellan 9 och 12 procent av vår export, försäljning, och förädlingsvärde, samt antal anställda. Vätske- och livsmedels-kartong är ett område där Sverige är världsledande tack vare Tetra Pak. Marknaden har haft en spektakulär tillväxt och trenden förväntas bara öka de kommande åren. Även om plastförpackningar fortfarande är en konkurrent så har kartongmaterial avgörande fördelar avseende miljöpåverkan och återvinningsbarhet. För att stärka sin konkurrenskraft är det helt nödvändigt för dom svenska företagen som tillverkar papperskartong, och deras underleverantörer, att ha en innovativ, snabb och kostnadseffektiv produktutveckling. Detta kräver en djup förståelse för det komplexa sambandet mellan skogsråvara, pappersmaskin och produktens egenskaper. En sådan förståelse kan inte enbart baseras på erfarenhet och testning. Produktegenskaperna beror på kartongens mikrostruktur, som kan beskrivas som ett nätverk av sammanlänkade fibrer. Stora framsteg kan därför åstadkommas om matematiska metoder och algoritmer utvecklas som gör det möjligt att i datorn simulera, analysera och optimera, både papperstillverkningen och produktens egenskaper. Institutsdoktorandprojektet fokuserar på simulering av de mekaniska egenskaperna hos kartongmaterialet. Vad händer till exempel med fibrer och bindningar i nätverket när en kartong böjs? Det är en stor utmaning att simulera bland annat på grund av den stora skillnaden i skala mellan den enskilda fibern och kartongen, så kallade flerskalemetoder behöver därför användas. Målet med projektet är att göra en matematisk analys av problemet, utveckla och implementera nya metoder och algoritmer, samt att validera simuleringsresultaten med experiment på verkliga kartongmaterial. Algoritmerna kommer att förpackas i mjukvara där processingenjören kan simulera hur till exempel olika pappersmassa eller inställningar i pappersmaskinen påverkar kartongens egenskaper. Målet är ambitiöst men ligger väl i linje med den ökade digitaliseringen inom pappers och förpackningsindustrin, och det finns en unik plattform att utgå ifrån. Ett lyckat projekt bidrar till att minska produktutvecklingstid och kostnader, och förbättra produktkvaliteten. Därigenom ökar konkurrenskraften för produkter baserade på skogsråvara till nytta för Sverige och inte minst vår gemensamma miljö.