The importance of using natural fiber composites (NFCs) has been addressed as a substitution for synthetic fibers, such as glass and carbon fibers. This substitution contributes significantly to reducing greenhouse gas emissions, aligning with the environmental responsibilities of engineering industries. Wood fiber(WF) is one of the natural fibers (NFs) dominating the market in various businesses. As an excellent alternative to non-renewable sources, the demand for injection-molded applications using natural fiber-reinforced plastics has expanded across various sectors. Despite extensive prior research on the mechanical properties of WFs, there remains a need for a deeper understanding of the connection between fiber orientation and mechanical characteristics. This understanding is essential for developing computational methods aimed at ensuring structural integrity, cost-efficiency, and sustainability in real-world components. This study aims to evaluate coupled injection molding simulation to finite element method with mapping of fiber orientation tensor for a wood fiber composite (WFC). To achieve this, WFC’s mechanical properties and behavior under tensile loading conditions are investigated. The research methodology involves conducting uniaxial tensile testing on dog bone-shaped specimens at different fiber orientations (0 degrees, 45 degrees, and 90 degrees). Experimental data is collected, analyzed, and compared with the obtained results with numerical simulations to validate the accuracy of the models used. Additionally, the aspect ratio and volume fraction of the WFs are measured through both mathematical calculations and image analysis using MATLAB. The main contribution of this study can be summarized in two key observations. Firstly, the investigation of mechanical characteristics across different fiber orientations has revealed distinct patterns. Specimens aligned at 0 degrees exhibit noticeable differences in behavior compared to those at 45 and 90 degrees, highlighting the material's anisotropic nature. Secondly, the comparison between experimental data and computational simulations exhibits the effectiveness of the developed models. The close agreement between the two validates the accuracy of the predictive approach. Moreover, the consistent aspect ratio, volume fraction, and fiber orientation value obtained through both mathematical calculations and image analysis add credibility to the reliability of our measurements. Notably, the comparison with glass fibers (GFs) reveals that WFs exhibit considerably less breakage, highlighting their durability and potential suitability for various applications. / Betydelsen av att använda naturfiberkompositer har behandlats som en ersättning för syntetiska fibrer, såsom glas- och kolbaserade fibrer. Denna substitution bidrar betydligt till att minska utsläpp av växthusgaser och överensstämmer med ingenjörsbranschens miljöansvar. Träfiber är en av de naturfibrer som dominerar marknaden inom olika branscher. Som ett utmärkt alternativ till icke-förnybara källor har efterfrågan på formsprutade applikationer med naturfiberförstärkta plaster ökat inom olika sektorer. Trots omfattande tidigare forskning om träfibrers mekaniska egenskaper finns det fortfarande ett behov av en djupare förståelse för sambandet mellan fiberns orientering och dess mekaniska egenskaper. Denna förståelse är avgörande för att utveckla beräkningsmetoder som syftar till att säkerställa strukturell integritet, kostnadseffektivitet och hållbarhet i komponenter i den verkliga världen. Denna studie syftar till att utvärdera kopplad formsprutningssimulering med ändelementmetod och kartläggning av fibrernas orienteringstensor för en träfiberkomposit. För att uppnå detta undersöks träfiberkompositens mekaniska egenskaper och beteende under dragbelastningsförhållanden. Forskningsmetodiken innefattar genomförande av enaxlig dragprovning på hundbenformade provkroppar vid olika fibrers orientering (0 grader, 45 grader och 90 grader). Experimentella data samlas in, analyseras och jämförs med de erhållna resultaten från numeriska simuleringar för att validera modellernas noggrannhet. Dessutom mäts träfibrernas aspektratio och volymfraktion genom både matematiska beräkningar och bildanalys med hjälp av MATLAB. Huvudbidraget från denna studie kan sammanfattas i två centrala iakttagelser. För det första har undersökningen av mekaniska egenskaper vid olika fibrers orienteringar avslöjat tydliga mönster. Prover som är riktade i 0 grader uppvisar märkbara skillnader i beteende jämfört med de vid 45 och 90 grader, vilket understryker materialets anisotropa natur. För det andra visar jämförelsen mellan experimentella data och beräkningsmässiga simuleringar effektiviteten hos de utvecklade modellerna. Den nära överensstämmelsen mellan de båda validerar noggrannheten i den prediktiva metoden. Dessutom lägger de konsekventa värdena för aspektratio, volymfraktion och fibrernas orientering som erhållits genom både matematiska beräkningar och bildanalys trovärdighet till våra mätningar. Det bör noteras att jämförelsen med glasfiber visar att träfibrer uppvisar betydligt mindre brytning, vilket betonar deras hållbarhet och potentiella lämplighet för olika tillämpningar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-341997 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Lim, Anna |
| Publisher | KTH, Hållfasthetslära |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2023:438 |
Page generated in 0.0036 seconds