Stålpartier i Norr AB (SPINAB) är ett företag som tillhör gruppen små och medelstora företag. De har företagsidén att tillverka och sälja CE-märkta fönster, dörrar och skräddarsydda produkter i stål. Företaget har identifierat en för dem ny marknad i säkerhetslösningar inom handelssektorn. SPINAB har uppmärksammat att antalet smash and grab-rån har ökat de senaste åren och att de befintliga skyltfönstren inte står upp till de krav försäkringbolagen tillsammans med Svenska Stöldskyddsföreningen satt upp. SPINAB har i och med detta utvecklat ett skyltfönster för att stå emot dessa angrepp. Syftet med examensarbetet är analysera skyltfönstret med fokus på deformationszonen. Arbetet har genomförts genom ett utföra en olinjär FEM-analys av ett krasch-förlopp, där kraschförloppet motsvarar en bil som kör in i skyltfönstret. Geometrierna är modellerade i Siemens NX och FEM-analyserna är simulerade i LS-DYNA Två olika polyuretan-skum för deformationszonen har simulerats och utvärderas. Till vederbörande simuleringar har materialparametrar tagits fram genom materialtester i laboratorium. Resultatet från analyserna visar på att polyuretan-skummet BRAND tar upp mer energi än ÅRET RUNT. Polyuretan-skum BRAND sänker hastigheten med 21,5 % innan genomslag i förhållande till ÅRET RUNT. Deformationszonen ger i detta skyltfönster en möjlighet att forma den kraftpåkänning som skyltfönstrets balkar samt fastighetens fasad och grund upplever. Således kan man med materialvalet i deformationszonen konstruera och optimera en lastkurva för att motverka att bakomliggande konstruktion går sönder på grund utav den uppkomna chocklasten. / Stålpartier I Norr AB (SPINAB) is a company belonging to the group of small and medium-sized companies. They have the business idea to manufacture and sell CE-marked windows, doors and tailor-made steel products. The company has identified one for them new market in security solutions in the commerce sector. They have noted that the number of smash and grab robberies has increased in recent years and the existing storefront windows do not meet the requirements of the insurance companies and the Swedish Anti-Theft Association. With this, SPINAB has developed a storefront window to resist these attacks. The purpose of the thesis work is to analyze the storefront window with focus on the deformation zone. The work has been carried out by performing a nonlinear FEM analysis of a crash process, where the crash process corresponds to a car that crash into the storefront window. The geometries are modeled in Siemens NX and the FEM analyzes are simulated in LS-DYNA. Two different polyurethane foams for the deformation zone have been simulated and evaluated. For the relevant simulations, material parameters have been gathered by laboratory tests. The results from the analyzes show that the polyurethane foam BRAND absorbs more energy than ÅRET RUNT. Polyurethane foam BRAND reduces speed by 21.5% before impact relative to ÅRET RUNT. The deformation zone in this window gives an opportunity to shape the stress of the storefront window, as well as the facade and foundation of the property. Thus, with the material selection in the deformation zone, one can design and optimize a stress curve to prevent the underlying structure from breaking due to the resulting shock load.

En vanligt förekommande laminering är polyuretanskum, som används för att ge egenskaper som mjukhet, komfort och flexibilitet till textiler. Ett användningsområde som tillverkaren och leverantören Borgstena Group Sweden AB använder polyuretan till är lastbilars väggpaneler. De vill dock ersätta den polyuretanskumlaminerade dubbeljerseytrikån som används idag med endast en ren trikåkonstruktion för att slippa problem som dellaminering och minskade töjegenskaper. Dessutom så har den kemiska sammansättningen av polyuretan som används i lamineringen visat sig vara belastande för både miljö och människor. I denna rapport klargörs varför polyuretanskum behöver ersättas och vilka möjligheter som finns i dagsläget för att göra detta. En praktisk produktutveckling för ett potentiellt ersättningsmaterial, alltså en konstruktion med 3D-effekt utforskas på tvåbäddsrundstick. Resultatet av denna produktutveckling visar att garnernas skillnad i dtex (tjocklek) och maskininställningen relief tillsammans med mönstrets storlek och komposition ärav betydelse i att skapa 3D-struktur. Utav provstickningarna som gjorts görs ett flertal tester på en slutgiltig konstruktion med partier av olika masklängder, detta i avseende på töjegenskaperna för att därmed se hur konstruktionen når upp till töjkraven som krävs för denna produkt.A common laminate is polyurethane foam which is used to provide textile properties such assoftness, comfort and flexibility. Borgstena Group Sweden AB is an active company and serves asboth manufacturer and supplier for the automotive industry. The Company uses laminates ofpolyurethane foam and double jersey knits to make truck-wall panels, however they wish to replacethis group of merchandise with only a clean knit construction design to avoid problems asdelamination and decreased tensile properties. In addition, the chemical composition ofpolyurethane foam used in the process of lamination has been known for causing malicious damagefor humans as well as the global environment. This case study clarifies why polyurethane foamshould be replaced and what types of methods are available within the current demarcation in orderto do this. An empirical process of product development for a potential replacement material, thus a construction with a 3D-effect is explored on a two-bed circular knitting machine. The result of thiscase study's prototype shows that the yarn difference in dtex (thickness) and the setting of the machine together with the composition and pattern size, are of great importance when creating a 3D-structure.From several knit sessions that took place in this study tests were done on a final pattern that wastested with different mesh lengths and a special test concerning the tensile strength, to examine howthe construction reaches the settled quality standards required for this field of application. / Program: Textilingenjörsutbildningen

Denna rapport behandlar genomförandet av ett examensarbete på högskolenivå inom maskinteknik vid Högskolan i Borås. Examensarbetet har utförts hos SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB, enheterna SP Safety – Mechanical Research i Borås och Göteborg samt Food and Bioscience i Göteborg. Den största delen av arbetet har utförts vid sektionen Mechanical Research Göteborg. Målet med examensarbetet var att kombinera analys av experimentell bilddata från konfokalmikroskopi och mekanisk lastdata från en dragcell som gradvis deformerar ett polyuretanskum med modellering av skummets mekaniska egenskaper med hjälp av finita elementmetoder (FEM). Syftet var att bestämma elasticitetsmodul och Poissons tal. En viktig del av projektet var också att säkerställa hög repeterbarhet och möjliggöra vidareutveckling av metodiken genom att skapa rutiner för hur de olika delmomenten i arbetscykeln bäst utförs. Polyuretanskum, liksom många andra mjuka heterogena biomaterial saknar i dagsläget uppmätta eller beräknade mekaniska egenskaper. Därför finns potential för att den framtagna metodiken kommer till användning för att bestämma materialparametrar och analysera beteenden för fler av dessa material. Genom att bestämma materialparametrarna är det sedan möjligt att¬ utföra hållfasthetsberäkningar på sådana material, och korrelera materialparametrarna till processparametrarna vid tillverkningen för att optimera materialets egenskaper. Studien började med att ett prov av polyuretanskum placerades i en dragcell där det utsattes för en kraft så att det gradvis deformerades. Med hjälp av ett konfokalmikroskop kan hela deformationsprocessen följas i hög upplösning. De framtagna bildserierna analyserades sedan med hjälp av DaVis, en mjukvara som genomför så kallad digital image correlation-analys, med vars hjälp lokala förskjutningar kunde bestämmas. För att kunna utföra FEM-beräkningar delades materialstrukturen in i elementnät med hjälp av den fritt tillgängliga programvaran OOF2. Elementnät och förskjutningsdata importerades sedan till Matlab och insticksmodulen CalFEM. Med hjälp av CalFEM konstruerades en materialmodell med elasticitetsmodul och Poissons tal som inparametrar. Valideringskriterium användes för att säkerställa korrektheten i finita elementanalyserna. Elasticitetsmodulen bestämdes till 4.6 MPa och Poissons tal till 0.33 ± 0.06. Med tillgängliga data kunde inte modellen användas för att uppskatta båda parametrarna samtidigt. Poissons tal bestämdes genom manuell analys av bildserierna. Metodiken kan förbättras och vidareutvecklas genom att analysera fler provbitar för att ta hänsyn till lokala fluktuationer i materialstrukturen, samt avbilda provet i tredimensioner. Tredimensionell avbildning skulle också möjliggöra konstruktion av en tredimensionell beräkningsmodell av materialet. / This bachelor thesis deals with the implementation of a degree in mechanical engineering at the University of Borås. The thesis work has been conducted at SP Technical Research Institute of Sweden AB at the departments SP Safety – Mechanical Research in Borås and Gothenburg and Food and Bioscience in Gothenburg. The major part of the work has been done at the Mechanical Research department in Gothenburg. The aim of the thesis work was to combine analysis of experimental image data from confocal laser scanning microscopy and mechanical load data from a tensile cell that gradually deforms a polyurethane foam with modelling of the mechanical properties of the foam using finite element methods (FEM). The purpose was to determine Young’s modulus and Poisson's ratio. A crucial part of the project was also to facilitate a high degree of repeatability and further development of the method through establishing routines and best practices for how to implement different parts of the method. There is currently a lack of measured or calculated properties for polyurethane foams, as is the case also for many other soft heterogeneous biomaterials. This implies that the developed method has potential use for determining material parameters and analyzing behavior also for other materials of this type. Determining the material parameters facilitates strength calculations on these materials and makes it possible to correlate material parameters to process parameters during manufacturing to optimize material performance. The polyurethane foam was placed in a tensile cell, exposed to a force and slowly, gradually deformed. Using a confocal microscope, the entire deformation process can be observed at high resolution. The obtained image series were then analyzed using DaVis, a software that can perform so called digital image correlation analysis where local displacements could be determined. In order to perform the finite element calculations, the material structure was divided into an element mesh using the software OOF2. The element mesh and displacement data were then imported to Matlab and the plugin module CalFEM. Using CalFEM, a material model involving Young’s modulus and Poisson’s ratio was created. Young’s modulus was determined to be 4.6 MPa and Poisson’s ratio 0.33 ± 0.06. Using the available data, the model was insufficient to determine both parameters simultaneously. Therefore, Poisson’s ratio was determined through manual analysis of the image series. The method can be improved and further developed mainly by analyzing several samples to account for local fluctuations in the material structure and by using three-dimensional imaging methods. The latter would also open up for creating a three-dimensional model of the material.