Calibration of orthotropic material properties for short fiber reinforced composites

The use of glass fibre reinforced polymers is widespread in the automotive industry due to the excellent properties of these materials. Due to the different orientation of the fibres in the different areas of the component, these are characterised by orthotropic behaviour. With the advent of modern CAE software, various types of FEA analysis are used to sim ulate the behaviour of components during service or to simulate manufacturing processes. The aim of this thesis was to calibrate the orthotropic properties of these materials from experimental tests performed on dog bone specimens in order to generate more represen tative virtual materials that can be used in FEA analyses. Autodesk Moldflow, used to simulate the injection moulding process, and Ansys, used for mechanical simulation and virtual material generation, were used to calibrate the properties of two different short glass fibre reinforced polymers. This study was carried out in the R&D department of Eldor Corporation, a multinational automotive company that mainly produces ignition coils, control units and other products in which polymers reinforced with short glass fibres are widely used.

Nell’industria automotive l’utilizzo di polimeri rinforzati con fibre di vetro è largamente diffuso, grazie alle ottime proprietà che questi materiali possiedono. A causa del differ ente orientamento delle fibre all’interno delle varie zone dei componenti, questi vengono caratterizzati da un comportamento ortotropo. Con l’avvento dei moderni software CAE, diverse tipologie di analisi FEA vengono utilizzate per simulare il comportamento dei componenti durante l’esercizio o per simulare i processi di produzione. Questa tesi si è posta l’obiettivo di calibrare le proprietà ortotrope di questi materiali a partire da prove sperimentali eseguite su provini ad osso di cane, in modo da generare materiali virtuali maggiormente rappresentativi da poter utilizzare durante le analisi FEA. Grazie all’utilizzo dei software Autodesk Moldflow, utilizzato per la simulazione del processo di injection molding, e Ansys, utilizzato per simulazioni meccaniche e generazione dei mate riali virtuali, sono state calibrate le proprietà di due diversi polimeri rinforzati con fibre corte di vetro. Questo studio è stato condotto nel reparto R&D dell’azienda Eldor Corpo ration, una multinazionale del settore automotive che produce principalmente bobine di accensione, unità di controllo e altri prodotti in cui vengono largamente impiegati polimeri rinforzati con fibre corte di vetro.