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.
MDXITA_prt_2020098
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