Investigations on temperature sensitivity of a creep damage model for POM in air and fuel environment

In order to give a valid prediction of lifetime for the unreinforced thermoplastic polyoxymethylene (POM) parts in an In-Tank-Units (TEE), creep models must be introduced because the filter housing is subjected to a nearly constant system pressure. To study the behavior of plastic filter housings against static long-term load, a creep-damage model presented by Kachanov-Rabotnov-Hayhurst (KRH) is introduced. This is a material model originally developed for metals, but it has been recently used successfully also for plastics because of its ability to predict the time dependent material deformation and the damage evolution during service life. In this Thesis, the influence of temperature on the KRH-model for POM has been assessed. From the finite element analysis it is discovered that the material model is strongly temperature sensible, small temperature changes allowing for obtaining different results. In order to confirm the quality of the finite element investigation, an analytical analysis is conducted. The approach is based on the study of the KRH-model equations and on the influence of self-heating effect. The analytical analysis confirms the remarkable temperature dependence of the model for POM. Restricted changes in the temperature induce large differences in lifetime values. It is worth to underline that the results refer to POM. Varying the parameters of the KRH-model, in the case of a different material, a different sensibility to the temperature can be obtained. Additionally the influence of fuel is investigated.

Al fine di fornire una valida previsione del cedimento per parti di un modulo pompa realizzate in poliossimetilene, sono stati studiati modelli riguardanti lo scorrimento viscoso, poiché in servizio il corpo del filtro è soggetto a un sistema di pressione pressoché constante. Il modello di Kachanov-Rabotnov-Hayhurst (KRH) è stato scelto per studiare il comportamento di tale corpo plastico contro lo scorrimento viscoso. Originariamente il modello fu formulato per metalli, ma recentemente è usato con successo anche per le plastiche, consentendo di stimare con correttezza la deformazione temporale del materiale e l´evoluzione del danno durante le condizioni di servizio. In questo lavoro di Tesi è stata condotta un'analisi approfondita atta a valutare la sensibilità del modello KRH per POM alle variazioni di temperatura. Innanzitutto è stata eseguita un´analisi a elementi finiti da cui è stato notato che effettivamente il comportamento del materiale è fortemente sensibile a variazioni della temperatura di modesta entità. Al fine di confermare la bontà dell´analisi, è stata condotta un´indagine per via analitica. Tale approccio si basa sullo studio delle equazioni presenti nel modello KRH e sull'influenza dell´effetto di auto-riscaldamento. L´analisi conferma la ragguardevole dipendenza del modello per POM dalla temperatura, che si riflette in modifiche apportate sui valori di temperatura permettendo di ottenere diversi risultati in termine di cedimento del materiale. E´ bene sottolineare che i risultati ottenuti si riferiscono al POM. Al variare dei parametri del modello, nel caso in cui si adotti un materiale differente, si può ottenere una diversa sensibilità alla temperatura. In aggiunta è stata anche studiata l'influenza della benzina sul comportamento del materiale.