PAM-RTM

ESI PAM-RTM предназначен для моделирования технологического процесса изготовления композитного изделия методом пропитки сухой ткани связующим. В представленном программном продукте реализована возможность расчета всех основных технологий производства методом инжекции связующего в форму. В ходе расчета пользователь отрабатывает оптимальную схему производства изделия, варьируя при необходимости, схему подачи/отвода связующего, расположение вакуумных портов, укладку композита, материалы, связующее, температурные режимы и т.д. Прогнозируется фронт распределения связующего, наличие сухих зон, пористость изделия, поле давления, степень полимеризации и т.д. 

Расчет процессов пропитки композитов позволяет определить оптимальную технологию производства, спрогнозировать места образования и причины появления дефектов. Моделирование композиционных материалов с помощью программных продуктов ESI Group позволяет достичь высокого качества изделия и ускорить процесс вывода изделия на рынок.

Используя программу PAM-RTM, пользователь может провести моделирование следующих процессов:

  • Предварительный нагрев оснастки, изделия и связующего
  • Подача смолы под давлением в закрытую форму, технология RTM, Light RTM (изотермический и неизотермический процесс пропитки)
  • Вакуумная инфузия (VARI)
  • Полимеризация изделия
  • RТМ под давлением и комбинированный RTM под давлением (CRTM и A-CRTM) и многое другое.

Кроме того, в PAM-RTM реализована возможность расчета процесса драпировки, основанного на геометрическом алгоритме, который позволяет определить углы сдвига волокон в соответствии с криволинейностью заготовки.

Возможности программы PAM-RTM

  • Быстрая оценка заполнения с использованием метода расчета "в один проход", определение времени пропитки и области детали, которая заполняется в последнюю очередь.
  • Определение в автоматическом режиме оптимального места для подачи связующего вещества.
  • Открытие и закрытие портов подачи и отвода связующего по заданным условиям (время пропитки, давление, температура и т.д.).

При проектировании сложных крупногабаритных изделий отработка технологии производства вначале проводится на упрощенных моделях. Это позволяет сократить время моделирования и как следствие, позволяет отработать большее количество технологических схем. Для расчета таких деталей в PAM-RTM реализовано три подхода: проведение расчета на 2D (сечение изделия), 2,5D (оболочечная модель) и 3D модели (твердотельная модель).

2D модель представляет собой поперечное сечение исследуемого изделия. Проводится оценка объемных эффектов по толщине, при этом можно учитывать свойства каждого композитного слоя или групп слоев при их большом количестве. Данный способ описания изделия хорошо сочетается с использованием еще оболочечной модели (2,5 D модель) в случае наличия у детали оси, вдоль которой ее формоизменение не велико.

2,5D модель – расчет композитного изделия проводится на оболочечных моделях, которые представляют собой срединные поверхности исследуемой детали, при этом оболочкам присваиваются эквивалентные свойства ламината слоев. Этот подход позволяет значительно сократить расчетное время и провести выбор оптимальной схемы пропитки композитов. Среди недостатков стоит отметить необходимость нахождения эквивалентных свойств ламинатов и невозможности определения объемных эффектов – например недопропитки внутри изделия.

3D модель  – трехмерное объемное описание композиционной конструкции. В этом случае расчет становится наиболее точным – прогнозируются все объемные эффекты, точное время заполнения, однако он является и наиболее затратным по машинному времени.

При этом при всех трех подходах моделирование производства композитов можно производить с учетом различной проницаемости волокон, вызванной искажением волокон в результате операции предварительной формовки.

Одной из важнейших функций PAM-RTM, программы для моделирования процессов пропитки и полимеризации композитов, является определение дефектов пропитки (пористость, утолщения, непропитка и т.д.), а также наличие ряда автоматических и ручных оптимизационных инструментов для улучшения процесса пропитки.

В частности, реализован автоматический подбор оптимальной скорости подачи связующего вещества для минимизации недопропитки изделия. На рисунке приведено содержание пор в пропитываемом композиционном материале, которые образуются при постоянной скорости инжекции. Красным показаны зоны, где процент пор превышает максимально допустимое для данной конструкции значение. Их количество определяется скоростью течения фронта полиэфирной смолы внутри композитной ткани. После автоматической оптимизации скорости подачи связующего процент пористости сократился более чем в два раза, при этом образования зон, выходящих за пределы допустимого, удалось избежать.

Помимо операции пропитки в программе PAM-RTM реализован и расчет операции полимеризации.

Использование численного моделирования при разработке технологий пропитки композитной ткани связующим веществом дает возможность детально изучить состояние изделия в любой момент производства. Все это позволяет прогнозировать и исключать возможные дефекты в реальном производстве и как следствие это ускоряет выход детали в серийное производство.

Использование PAM-RTM помогает определить и оптимизировать:

  • Стратегию процесса пропитки изделия
  • Расход и величину давления подачи
  • Температуру производства
  • Расположение мест подачи связующего вещества, вентиляционные и вакуумные порты
  • Течение связующего вещества

При создании детали можно регулировать такие параметры как:

  • Метод инжекций / инфузий (выбор процесса пропитки сухой ткани связующим веществом)
  • Давление подачи и расход связующего
  • Температуру формования нагревательных элементов и смолы
  • Расположение места подачи связующего вещества, вентиляционные и вакуумные отверстия
  • Расход связующего  вещества

При проектировании изделий из композиционных материалов важно учитывать все стадии производства. Картины распределения времени пропитки приведены на рисунках ниже. Левый рисунок соответствует результатам пропитки без учета сдвига волокон, правый – с учетом (переменный коэффициент проницаемости).

Заметно, что без учета результатов моделирования формовки композита фронт пропитки – равномерный концентрический, что не соответствует реальной картине течения, в то время как на рисунке справа пропитка соответствует реальности – здесь расчет проведен с учетом изменения углов.

При моделировании процесса пропитки криволинейного изделия необходимо учитывать углы сдвига волокон. Данная возможность реализована в продукте PAM-RTM в специализированном модуле QUIKFORM. Работа данного модуля основана на геометрическом алгоритме. На рисунке приведена картина распределения углов между волокнами изделия в соответствии с криволинейностью формы изделия. В углах детали произошли наибольшие искажения углов – при этом на центральной части и боковых стенках материал остался без изменений.