Continuum Mechanics Modelling of Corrugated Board

Abstract: Popular Abstract in Swedish Wellpapp är ett populärt material i förpackningar för transport och lagring av konsumentvaror. Den viktigaste anledningen till dess popularitet är materialets höga styvhet och styrka, i förhållande till vikt och kostnad. Ingenjörsmässig användning av wellpapp kompliceras av många faktorer. En väsentlig nackdel är materialets känslighet för fuktpåverkan, vilken dessutom förvärras vid varierande luftfuktigheter jämfört med en konstant luftfuktighet. Vid lagring av wellpapplådor i miljöer med varierande luftfuktighet, till exempel i ouppvärmda lagerlokaler, är livslängden stokastiskt betingad. Dessutom kan rådande mekanisk belastning vid transport och lagring vara svår att definiera, som resultat av till exempel ovarsam hantering vid lastning, assymetriska staplingsmönster, ojämnt underlag mm. Traditionellt sett, för att en låda skall klara en given lastnivå, fastställs dimensioner och materialkvaliteter med hjälp av enkla så kallade design formler. Dessa bygger på regression av ett stort antal mätdata av bärförmågan hos lådor, där wellpappens böjstyvhet, tjocklek och lådans omkrets utgör variabler. Dessa modeller ger ingen möjlighet att undersöka det enskilda papperets egenskaper eller förändrade belastningar, ej heller att ta hänsyn till fuktens påverkan av livslängden. Dessa så kallade dolda faktorer är brukligt att införliva med hjälp av reduktionsfaktorer, vilka ofta reducerar tillåten last till en bråkdel av korttidsbärförmågan hos en låda. Till skillnad mot traditionella designmetoder syftar denna avhandling till att utveckla numeriska modeller för undersökning av belastningar som varar under lång tid. Tillvägagångsättet är att använda principer som härstammar från kontinuummekaniken och hållfasthetsläran. Dessa kan med fördel omformas till generella modeller med hjälp av finita elementmetoden. Tidsberoende variabler som till exempel fukthalt, töjnings- och spänningsfält och materialets styrka kan då simuleras för varierande klimat- och lastbetingelser. I ett första beräkningssteg utnyttjas en blandningsmodell för simulering av fukthalten i materialet. I nästa steg används olinjär hygroelasticitet för att bestämma materialets deformationer. I ett slutligt steg utvärderas materialets ansträngning och risk för kollaps. Metoden öppnar dessutom vägen för att göra en numerisk bedömning av sannolikheten för att en viss låda ej har kollapsat vid en given tidpunkt och rådande klimat. Möjligheten för känslighetsanalys av ingående parametrar finns också.