8 800 500 1993
Бесплатно по России

Использование численного моделирования в производстве композитов. Моделирование одностадийной пропитки сложной композиционной панели

Разработка технологии производства сложной конструкции зачастую представляет собой довольно трудоемкий и дорогостоящий процесс, особенно когда это касается композиционных материалов. Использование специальных программных продуктов для моделирования производства композитов, бесспорно, упрощает поставленную задачу.

С 1965 года в Париже ежегодно стартует международная выставка JEC Composite, которая собирает ведущих специалистов в области композиционных материалов. Здесь можно узнать о новейших разработках, предназначенных для производства композитов, методиках их испытаний и расчетов. В 2011 году на выставке была представлена панель, полученная методом RTM, которую удалось пропитать в один этап.

Специалистами ГК «ПЛМ Урал» - «Делкам-Урал» было принято решение для выставки JEC Composite 2012 разработать схему пропитки для этого изделия, используя специализированный программный продукт PAM-RTM от компании ESI Group. Численное моделирование позволяет сократить количество стендовых испытаний и соответственно снизить материальные и финансовые затраты, необходимые для производства композитов. Разработанная технология должна была позволить получить композитную конструкцию без сухих областей.

В данной работе были поставлены следующие цели:

  1. Моделирование процесса пропитки изделия (Результат: время пропитки, фронт пропитки, количество затраченного связующего).
  2. Прогнозирование образования непропитанных областей заготовки.
  3. Рекомендации для уменьшения площади непропитанных зон.

Подготовка модели проводилась в пакете Visual-Mesh. Основные этапы подготовки геометрии включали в себя:

  • Импорт 3D геометрии из CAD системы NX в Visual-Mesh (например, используя расширение *.igs).
  • Создания серединой поверхности модели с помощью встроенного функционала Visual-Mesh.
  • Разбиение имеющейся геометрии модели на отдельные зоны в зависимости от количества слоев материала.
  • Создание конечно-элементной сетки на геометрии серединной модели. (На границах зон сетка задается узел в узел).
  • Импорт полученной сетки в PAM-RTM для проведения последующей пропитки изделия.

При расчете учет многослойности был осуществлен за счет создания зон, каждая из которых имела собственную толщину и ориентацию волокон в соответствии с реальной моделью.

Перед запуском на расчет в PAM-RTM необходимо задавать свойства материала и смолы. Для исследуемой задачи основными исходными данными к работе являлись следующие параметры:

  • Плотность смолы: 1000 кг/м3.
  • Вязкость смолы: 0.7 Па с.
  • Проницаемость волокна: K1=1 10-10 м2, K2=3 10-10 м2, K3=1 10-9 м2 (Значение выбрано условно, исходя из стандартной базы и не соответствуют реальному материалу).
  • Содержание волокна: 40 %.
  • Толщина монослоя 0.2 мм. Для каждой зоны толщина задается в соответствии с количеством слоев.

Процесс дегазации в моделируемых задачах не учитывался.

После подготовки сеточной модели и задания свойств материала, используемого в детали, были проведены расчеты нескольких схем пропитки композитной конструкции. Переменным параметром было расположение границ отвода и подачи связующего.

Моделирование процесса пропитки изделия

В первой задаче использовалась следующая схема пропитки: подача связующего осуществлялась через узлы бокового торца Group 1.

При решении данной задачи учитывались свойства смолы и материала, толщина конструкции, процентное содержание волокна и условия подачи и отвода связующего вещества.

Целью было определение фронта распределения смолы, вычисление объема затрачиваемого связующего и времени необходимого на пропитку изделия, напрямую зависящую от проницаемости материала. В связи с тем, что данные по проницаемости были выбраны условно, результаты, полученные в данной работе, позволяют лишь оценить картину процесса пропитки.

При разработке технологии производства композита и в частности пропитки конструкции, необходимо учитывать, что в изделии могут остаться сухие зоны материала. В расчетном модуле PAM-RTM существует возможность автоматически определить наличие подобных дефектов.

Задача 1

Моделирование первой задачи показало, что при данной схеме подачи и отвода связующего в изделии остается большое количество непропитанных областей.

В связи с этим было предложено проанализировать еще несколько подходов, в которых реализованы альтернативные схемы подачи и отвода связующего вещества.

Задача 2

Задача 3

Задача 4

Задача 5

Наиболее оптимальным способом пропитки оказался последний вариант (подача ведется в центр конструкции под давлением 1 атм). При данной схеме количество непропитанных зон в конструкции минимально. Сухие области наблюдаются только в местах подачи и отвода связующего. Данные дефекты можно исключить, увеличив допуск на обработку.

Таким образом, программный продукт PAM-RTM позволяет разрабатывать оптимальную технологию производства сложных композитных деталей, варьируя различные параметры, для получения полностью пропитанных изделий без дефектов.

Решения
Композиты

Поделиться

Будем благодарны, если поделитесь нашим контентом

Записаться на курс