Parameter sensitivity analysis of the veneer peeling process based on the finite element approach
Kauppila, Esa (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022053141257
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022053141257
Tiivistelmä
In this master’s thesis, the finite element model of a veneer peeling process had been analysed for parameter sensitivity. Parameter sensitivity analysis was done by using a one-at-a-time method and using SALib python library for sensitivity analysis. The model for the veneer peeling process was made by using ABAQUS FEA software.
The model consisted of a cutting knife and wood log. The wood log had a peeling layer which used cohesive elements to enable the separation of the peel during simulation of the peeling process. Analyses of the model were done by using a Quasi-static analysis method. The interesting parameters in the model were peeling speed, peel thickness, the position of the cutting knife tip relative to the centre of the wood log, and the rake angle of the cutting knife. Sensitivity of the parameter was defined by comparing the impact on the cutting knife’s cutting force maximum and average values.
The results of the one-at-a-time method showed that the most important parameter for both maximum and average cutting force was the clearance angle of the cutting knife. The second important parameter was a tie between two parameters which were the peeling speed and thickness of the peel. Peeling speed was second most important for maximum cutting force and thickness of the peel was second most important for average cutting force. The least important parameter for both maximum and average was the position of the cutting knife tip relative to the centre of the wood log. SALib could not tell anything about the parameters’ sensitivity, but this was probably due to an excessively small sample size, because the total amount of run was 36. This means that nine runs for different parameters ware analysed. Tässä diplomityössä tutkittiin viilun sorvauksen elementtimenetelmämallin parametriherkkyyttä. Parametriherkkyyttä tutkittiin sekä varioimalla yksi parametri kerrallaan sekä käyttäen herkkyysanalyysiin soveltuvaa SALib Python-kirjastoa. Elementtimenetelmämalli tehtiin ja tutkittiin käyttäen ABAQUS-elementtimenetelmäohjelmistoa.
Viilun sorvausmalli koostuu terästä ja tukista. Tukissa on mallinnettu kerros, mikä leikataan pois analyysissä ja tämä kerros on mallinnettu käyttäen koheesioelementtejä. Koheesio-elementtejä käytetään mahdollistamaan kerroksen erkaneminen tukista analyysin aikana. Analyysit tehtiin käyttäen kvasistaattista menetelmää. Tutkittavat parametrit olivat viilun nopeus, viilun paksuus, terän päästökulma ja terän kärjen sijainti suhteessa tukin keskiöön. Parametriherkkyys arvioitiin tarkastelemalla parametrien vaikutusta terään kohdistuvan leikkausvoiman maksimi- ja keskiarvoon.
Tuloksista nähtiin, että tärkein parametri, joka vaikutti sekä leikkausvoiman maksimiin että keskiarvoon oli terän päästökulma. Toiseksi tärkeimmät parametri olivat viilun nopeus ja viilun paksuus. Viilun nopeus oli toiseksi tärkein leikkausvoiman maksimissa ja viilun paksuus puolestaan keskiarvo leikkausvoimassa. Vähiten vaikuttava parametri maksimi ja kaskiarvo leikkausvoimalle oli terän kärjen sijainti suhteessa tukin keskiöön. Herkkyysanalyysi, joka tehtiin SALib:lla ei antanut tuloksia ollenkaan. Tämä johtui todennäköisesti parametrien liian pienestä variaatiomäärästä. Yhteensä tehtiin 36 analyysiä eri parametriarvoilla, mikä tarkoitti yhdeksää eri arvoa yhdelle parametrille. SALib:n analysaattori tarvitsisi riittävän suuren otannan, että se pystyisi kertomaan parametrien yhteyksistä tuloksiin.
The model consisted of a cutting knife and wood log. The wood log had a peeling layer which used cohesive elements to enable the separation of the peel during simulation of the peeling process. Analyses of the model were done by using a Quasi-static analysis method. The interesting parameters in the model were peeling speed, peel thickness, the position of the cutting knife tip relative to the centre of the wood log, and the rake angle of the cutting knife. Sensitivity of the parameter was defined by comparing the impact on the cutting knife’s cutting force maximum and average values.
The results of the one-at-a-time method showed that the most important parameter for both maximum and average cutting force was the clearance angle of the cutting knife. The second important parameter was a tie between two parameters which were the peeling speed and thickness of the peel. Peeling speed was second most important for maximum cutting force and thickness of the peel was second most important for average cutting force. The least important parameter for both maximum and average was the position of the cutting knife tip relative to the centre of the wood log. SALib could not tell anything about the parameters’ sensitivity, but this was probably due to an excessively small sample size, because the total amount of run was 36. This means that nine runs for different parameters ware analysed.
Viilun sorvausmalli koostuu terästä ja tukista. Tukissa on mallinnettu kerros, mikä leikataan pois analyysissä ja tämä kerros on mallinnettu käyttäen koheesioelementtejä. Koheesio-elementtejä käytetään mahdollistamaan kerroksen erkaneminen tukista analyysin aikana. Analyysit tehtiin käyttäen kvasistaattista menetelmää. Tutkittavat parametrit olivat viilun nopeus, viilun paksuus, terän päästökulma ja terän kärjen sijainti suhteessa tukin keskiöön. Parametriherkkyys arvioitiin tarkastelemalla parametrien vaikutusta terään kohdistuvan leikkausvoiman maksimi- ja keskiarvoon.
Tuloksista nähtiin, että tärkein parametri, joka vaikutti sekä leikkausvoiman maksimiin että keskiarvoon oli terän päästökulma. Toiseksi tärkeimmät parametri olivat viilun nopeus ja viilun paksuus. Viilun nopeus oli toiseksi tärkein leikkausvoiman maksimissa ja viilun paksuus puolestaan keskiarvo leikkausvoimassa. Vähiten vaikuttava parametri maksimi ja kaskiarvo leikkausvoimalle oli terän kärjen sijainti suhteessa tukin keskiöön. Herkkyysanalyysi, joka tehtiin SALib:lla ei antanut tuloksia ollenkaan. Tämä johtui todennäköisesti parametrien liian pienestä variaatiomäärästä. Yhteensä tehtiin 36 analyysiä eri parametriarvoilla, mikä tarkoitti yhdeksää eri arvoa yhdelle parametrille. SALib:n analysaattori tarvitsisi riittävän suuren otannan, että se pystyisi kertomaan parametrien yhteyksistä tuloksiin.