Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optimization of Extreme Environment Cyclic Testing: Analysis of thermal cycle load cases on a plastic cab component through simulation and testing
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Aeronautical and Vehicle Engineering, Vehicle Dynamics.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Optimering av extrem cyklisk klimatprovning : Analys av termiskt cykliska lastfall på en hyttkomponent genom simulering och provning (Swedish)
Abstract [en]

The purpose of this Master thesis was to deepen the knowledge and understanding regarding control parameters for the Extreme Environment Cyclic Testing (EECT) on interior and exterior cab components. The investigated parameters were temperature gradient, length of the warm and cold sections and number of cycles. These parameters were investigated since they control the settings of the Extreme Environment Cyclic Testing. In addition, temperature data was also gathered in order to be analysed along with a simplified case of sun radiation. The method consisted of three parts, where the first part was to perform a literature survey to gather relative data and knowledge. The second part was to perform simulations in COMSOL Multiphysics and the third part consisted of physical testing at Scania and at SP in Borås. To gather temperature data a simulation of a field test was performed in a wind tunnel at Scania.

The results displayed a difference of the thermal image of the component when a simplified sun case was compared to a case without applied sun light. Regarding temperatures and temperature gradients it was found that a temperature gradient, based on testing from South Africa, can be up to 2.91°C/min in nature. The temperature results displayed a clear difference between obtained temperatures in a cab compared to results from a car. The angle of the windscreen and the volume difference are believed to be parts of the explanation. The simulations showed that an increase of the temperature gradient to 2°C/min from 1°C/min can be done without changing the time that the temperature of the material is heated respectively cooled significantly. These results were supported from the component testing at Scania which displayed that the difference in strain range when the temperature gradient was changed between 1°C/min to 2°C/min was below 1.2 %, which corresponds to less than 1E-4. The testing at Scania also displayed that the change in maximum strain for different length configurations, 3 h cold 6 h warm, 4 h cold 8 h warm and 6 h cold 12 h warm, could be neglected. The deviation in strain range between the 3h6h and 4h8h configuration was found to be below 1 %, which in absolute terms was 5E-5. It was also showed that the variance of the strain range did not change significant after six cycles.

The maximum deviation in strain range between six and ten cycles was 0.15 %. The testing at SP with deformation scans with structural light scans displayed fluctuation in the deformation for the first cycles and a consistent decrease of maximum deformation after 8 cycles. The conclusions from the sun light simulations in COMSOL Multiphysics were that the difference between a simplified sun radiation case with a homogenous ambient temperature and the more realistic one with a set temperature on one surface of the component in combination with a homogenous ambient temperature could be neglected for components with a height up to 0.01 m. This was only valid if the temperature difference was below 10°C. For a larger temperature difference it was found valid for a height up to 0.001 m. Based on the results the author recommends that the control parameters of the Extreme Environment Cyclic Testing are set accordingly to obtain a more efficient testing method:  The number of cycles in the EECT should be 8, since more cycles will not make a significant change on the results

 The time should be 3 h in the cold section and 6 h in the warm section

 The increase of temperature should be 2°C/min to improve testing efficiency

Also, an additional suggestion is to investigate the possibility of a pre-thermal heating phase in the EECT.

Abstract [sv]

Syftet med det här examensarbetet var att utöka kunskapen och förståelsen för kontrollsättande parametrar gällande extrem cyklisk klimatprovning (Extreme Environment Cyclic Testing) för interna och externa hyttkomponenter. Parametrarna som undersöktes var temperaturstigningen, periodlängd och antal cykler. Utöver dessa parametrar samlades temperaturdata in för analys och en jämförelse gjordes mellan ett förenklat fall av solstrålning och ett mer verklighetsbaserat.

Metoderna som användes var simuleringar med hjälp av COMSOL Multiphysics, temperaturprovning på Scania och temperaturprovning med scanning med hjälp av strukturerat ljus på SP i Borås. Som komplettering till insamlande av temperaturdata utfördes även en simulering av ett fältprov i vindtunneln på Scania i syfte att utöka mängden temperaturdata.

Resultaten visade på en tydlig skillnad av den termiska bilden i en komponent mellan det förenklade fallet av solstrålning och det mer verklighetsbaserade. Gällande temperaturer och temperaturstigning visade analysen av insamlade data från fältprov i Sydafrika att den högsta temperaturstigningen är 2,91°C/min i en naturlig miljö. När jämförelse gjordes mellan insamlad data för en hytt jämfört med data för personbilar visade resultaten på en markant skillnad. Vindrutans vinkel samt hyttens volym anses vara orsaken till att en faktor två kunde observeras för vissa mätpunkter. Resultaten från simuleringarna i COMSOL Multiphysics visade att en temperaturstigning om 2°C/min jämfört med 1°C/min kan användas utan att tiden som materialets temperatur är uppvärmt respektive nerkylt enligt satta minimum och maximum temperaturer i provet ändras markant. Denna trend kunde även påvisas från resultaten av temperaturprovningen på Scania som visade att skillnaden i uppmätt töjningsvidd när temperaturstigningen ändrades från 1°C/min till 2°C/min var lägre än 1,2 %, vilket motsvarar en töjning på 1E-4. Vid analys av provresultaten från Scania konstaterades det att skillnaden i maximal töjning mellan de olika periodkonfigurationerna på 3 h kallt 6 h varmt, 4 h kallt 8 h varmt och 6 h kallt 12 h varmt kunde negligeras. Maximala variationen i töjningsvidd mellan periodkonfiguration 3h6h och 4h8h uppmättes till 1 %, vilket motsvarar 5E-5. Resultaten visade även att variationen i töjningsvidd inte varierade nämnvärt efter sex cykler. Den maximala skillnaden mellan sex och tio cykler var 0,15 %. Provningen på SP där deformationen scannades med hjälp av strukturerat ljus visade på oscillationer under de första cyklerna och att den maximala deformationen minskade efter 8 cykler.

Slutsatserna från solsimuleringen i COMSOL Multiphysics var att skillnaden mellan det förenklade fallet när en homogen omgivningstemperatur användes och det mer verklighetstrogna när en högre yttemperatur applicerades på ena sidan i kombination med en homogen omgivningstemperatur kunde försummas för komponenter med en maximal höjd av 0,01 m. Detta om temperaturskillnaden inte översteg 10°C. För en högre temperaturskillnad kunde det bara försummas om komponentens tjocklek var under 0,001 m. 

Baserat på resultaten drogs slutsatsen att de kontrollsättande parametrarna för EECT bör sättas enligt följande: 

                         Antalet cykler bör vara 8 i EECT då fler cykler inte ger nämnvärda skillnader

                         Tiden bör vara 3 timmar i den kalla respektive 6 timmar i den varma sektionen

                         Temperaturstigningen bör vara 2°C/min för att effektivisera provningen 

Dessutom föreslås att man bör undersöka möjligheten att införa ett förvärmningsprov i EECT.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , p. 96
Series
TRITA-AVE, ISSN 1651-7660 ; 2016:23
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-198501OAI: oai:DiVA.org:kth-198501DiVA, id: diva2:1057101
External cooperation
Scania
Supervisors
Available from: 2016-12-16 Created: 2016-12-16 Last updated: 2016-12-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(6943 kB)74 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 6943 kBChecksum SHA-512
aab2a3cc2f71f8d007cfd1b622dacce9b36c6dc9088746f39e312ad3027e574114946690c34a03f5755eb79b7b168b2a8fcce88df0142ef1ad045c6eafe83aa2
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Vehicle Dynamics
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 74 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 130 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf