lunedì 12 ottobre 2020

Flow Fiber Coupled

 

Un nuovo modello di accoppiamento flusso-fibra per simulare il flusso anisotropo per termoplastici rinforzati con fibre

Dr. Huan-Chang (Ivor) Tseng, responsabile del programma di ricerca e sviluppo presso CoreTech System (Moldex3D)

I compositi termoplastici rinforzati con fibre (FRT) sono disponibili in commercio per ridurre il peso del veicolo e migliorare l'efficienza del carburante nei settori automobilistico e aerospaziale.

Possono essere elaborati con metodi rapidi e altamente automatizzati come lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a iniezione.  Le fibre e la resina vengono trasportate nella cavità dello stampo.

I flussi anisotropi dei fusi fibro-rinforzati dipendono in modo significativo dagli stati di orientamento delle fibre. Per parti termoplastiche in fibra di vetro stampati a compressione (GMT), è importante che il flusso anisotropo indotto dall'orientamento della fibra si trovi in ​​un disco circolare schiacciato e deformato in una forma ellittica (Fig. 1) [1]. Tipicamente, il fronte fuso stampato ad iniezione di una resina pura è liscio e la forma continua viene mantenuta nella propagazione della superficie libera (Fig. 2) [2].

È noto che si verificano alcune situazioni con modelli di riempimento peculiari e irregolari per fusioni rinforzate con fibre corte / lunghe ad alte concentrazioni di fibre: la superficie libera avanza più velocemente lungo le pareti laterali della cavità.



Fig. 1 Un disco circolare viene schiacciato e deformato lungo la direzione 1-assiale in una forma ellittica per la carica 1-assiale unidirezionale [1].



Fig. 2 Schema del comportamento di riempimento dello stampo per (A) resina pura; (B) FRT [2].

Nella cooperazione di ricerca Purdue-Moldex3D, la viscosità isotropica (IISO) sviluppata dal Dr. Favaloro e dal Prof. Pipes (Composites Manufacturing and Simulation Center, Purdue University negli Stati Uniti) è stata implementata nel software di simulazione Moldex3D.

È importante convalidare una simulazione del flusso anisotropo per lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio a compressione in Moldex3D. Più recentemente, è significativo che i dettagli del modello IISO siano stati divulgati nei brevetti statunitensi [3, 4] e pubblicati nelle riviste scientifiche [5, 6].

Nella simulazione di Moldex3D, il sistema di stampaggio a compressione in cui la distribuzione dell'orientamento iniziale della carica è unidirezionale X-assiale (Fig. 3). Il materiale di interesse era polipropilene fuso (200 ° C) riempito con fibre di vetro lunghe al 25 percento in volume (rapporto di aspetto, L / D = 360). Il fronte di fusione finale è un'ovvia ellisse dalla carica del cerchio originale (Fig. 4). Inoltre, il fronte di fusione simulato mostra principalmente una superficie libera che avanza più velocemente lungo le pareti laterali nelle simulazioni di stampaggio a iniezione per il 50% in peso di fibra di vetro corta (rapporto di aspetto, L / D = 20) - Rinforzato Poliammide66 (Fig.5).



Fig. 3 La simulazione dello stampaggio a compressione Moldex3D.



Fig. 4 Il fronte di fusione finale per la carica unidirezionale X-assiale [5].



Fig. 5 Il fronte di fusione simulato del flusso anisotropo nello stampaggio a iniezione [6].

La simulazione di un simile flusso anisotropico indotto dall'orientamento della fibra è stata , da sempre, una sfida per il software CFD all'avanguardia.

Pertanto, la capacità della viscosità IISO è fondamentale per dominare il flusso anisotropo.

Nell'attuale versione Moldex3D, la nuova funzione di accoppiamento delle fibre, in modo robusto e affidabile, è ampiamente disponibile per le industrie dei processi di stampaggio a iniezione e compressione di compositi in fibra.

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