Применение моделирования при разработке технологий изготовления конструкции из полимерных композиционных материалов
В настоящее время полимерные композиционные материалы являются неотъемлемой частью многих отраслей промышленности по причине ряда преимуществ перед традиционными материалами. К таким преимуществам относятся в первую очередь: низкий вес, высокие удельные характеристики, возможность создания цельных, крупногабаритных конструкций сложной формы и высокая химическая стойкость. Однако, изготовление подобных конструкций сопряжено с рядом трудностей. На стадии проектирования изделия необходим обоснованный выбор того или иного армирующего материала, укладки, связующего, оснастки, пресса и так далее. Кроме того, существует риск возникновения брака на различных этапах изготовления.
Для более подробного анализа и предотвращения образования различного вида дефектов многие компании используют компьютерное моделирование процесса изготовления изделия из композиционного материала.
Компания «ПЛМ Урал» является эксклюзивным партнёром одного из ведущих разработчиков инженерных программных решений - ESI Group. Данная компания, в свою очередь, предлагает инструмент, позволяющий выявлять и устранять многие проблемы еще до производства реальных изделий из композитов – программный комплекс PAM-COMPOSITE.
Рисунок 1. Модель композита в оснастке
Моделируемые технологии
Линейка PAM-COMPOSITE обладает достаточно широким набором решений, при помощи которых пользователь имеет возможность анализировать технологию производства композитного изделия. К таким технологиям относятся:
- Вакуумная инфузия
- Light RTM, Heavy RTM, C-RTM процессы
- Автоклавное формование
- Печное отверждение
- Термоформовка
- SMC формование
- Ткачество и намотка
Рисунок 2. Линейка основных решений по композитам от ESI Group
Данная программная линейка представляет из себя единую среду для постановки, расчета и анализа задач, связанных с производством изделий из композитов. Для расчете технологии требуется наличие твердотельной CAD модели изделия любого из основных форматов (prt, iges, step, parasolid и тд.), набор свойств, зависящий от типа моделируемой технологии, и граничные условия.
Рисунок 3. Результаты моделирования
Сходимость результатов расчета с экспериментом так же напрямую зависит от точности начальных данных. Поэтому особое внимание следует уделить точному определению входных характеристик материалов. В зависимости от сложности выбранного процесса (RTM–пропитка, вакуумная инфузия, автоклавное формования, расчет полимеризации изделия и т.д.) увеличивается и количество входных данных (свойств материалов).
Методология моделирования изделий в PAM–COMPOSITE
При проведении моделирования рекомендуется придерживаться следующего плана:
- Идентификация
Определение свойств материалов: теплофизических, физико-механических характеристик и тд.
- Верификация
Подтверждение соответствия определенных ранее свойств материалов и отладка расчетной модели в ESI PAM–COMPOSITE. Обычно проводится на элементарном или конструктивном образце. Сравнение численных и стендовых результатов.
- Проведение и анализ расчетов
При проведении исследования конструкции расчетным методом рекомендовано придерживаться следующей схемы: моделирование начинается с расчета элементарного образца, затем проводится расчет элемента, компонента и затем – расчет полного изделия.
Рисунок 4. Методология проведения исследования конструкции на основе расчетных методов.
Таким образом применение численного моделирования помогает достичь высокого качества изделия и улучшить понимание процесса производства. Такой подход к созданию композитных деталей расширяет возможности проектирования, удешевляя процесс изготовления конструкций новыми технологиями и помогая изготавливать конкурентно способные изделия из композитов.
