Simulación de procesos de inyección de composites PAM RTM
Introducción LCM: Liquid Composte Molding
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RTM: Resin Tranfer Molding
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Non isothermal RTM
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Injection Compression: CRTM
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Vacuum Assisted Resin Infusion: VARI
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Liquid Resin Infusion: LRI
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Resin Film Infusion: RFI
•
Autoclave RTM
Introducción Procesos
Introducción Las resinas más utilizadas son poliester, poliuretano, fenólicas y epoxi Los refuerzos pueden ser de vidrio, carbono o fibras de kevlar La inyección se realiza a baja presión, menos de 5 bares para prevenir el desplazamiento de la tela La inyección se puede realizar con uno o varios puntos de inyección, líneas de inyección, etc Es necesario una óptima configuración de puntos de inyecciópn y venteos para evitar zonas secas y minimizar el tiempo de inyección Este es el objetivo principal de la simulación.
La simulación ayuda en el diseño del molde:
•
evitando zonas de exceso de resina
•
zonas secas
•
burbujas
•
zonas de alta porosidad
•
Formación de grietas debidas a contracciones durante el curado
•
Localización de puntos de inyección y venteos
Cuando más complejo es el molde, más caro resulta y más errores pueden surgir
Simulación Flujo en medios porosos
•
Gobernado por la ley de Darcy D arcy
Simulación Condiciones de contorno
•
Dirichlet, presión impuesta
•
Neumann, velocidad (caudal) impuesta
•
In proceso alternativo a RTM es VARI ( Vacuum Assisted Resin Infusion), que utiliza un contramolde flexible.
El vacío reduce la formación de poros, facilita la transferencia de resina que se inyecta a presión atmosférica Sin embargo, debido al contramolde flexible, es necesario una ecuación adicional para asegurar la ecuación de continuidad.
Simulación VARI
•
La ecuación de Darcy nos permite escribir
•
donde
•
Es necesario un ec. adicional, la presión de compactación
ε
es la deformación de la fibra
(Pc) y la presión de la resina (Pr) debe igualarla presión exterior (Pext)
•
Conocidas estas presiones, podemos conocer en cada instante de tiempo el espesor de la cavidad a partir de la ley de compactación del material
•
Por lo tanto la curva de compactación tiene una gran
Simulación Elementos no conformes
•
El flujo se resuelve medianta una aproximación noconforme.
•
La presión es discontinua en la frontera entre elementos, excepto en el centro de la arista
•
Contrariamente a los elementos conformes, el caudal permanece constante en la frontera entre elementos
•
En lugar de asociar factores de llenado a los nodos, se hace a los elementos
Simulación Permeabilidad
•
Caracteriza la capacidad de una tela para ser impregnada por un fluido viscoso
•
Esta propiedad de la tela (medio poroso), depende de la fracción volumétrica (grado de compactación y el drapeado del material de las capas
•
Generalmente de denota con K, se mide en m2 y generalmente se caracteriza por medios experimentales
Problema térmico
•
La transferencia de calor tiene una gran influencia en el flujo de la resina y curado.
• • • • •
La temperatura influye en la viscosidad de la resina El calor se transmite por conducción entre fibra y resina El calor se transmite por convección durante el llenado Se genera calor por la reacción exotérmica de curado. Finalmente también se genera algo de calor por disipación viscosa
Simulación Térmica
• T: Temperatura • t: Tiempo • ρ: densidad • Cp: Calor específico • k: Coeficiente de transmisión de calor • ∆h: Entalpía de polimerización de la resina • α: grado de curado is the resin cure Condiciones de contorno:
• • •
Temperatura Flujo de calor Convección
Simulación Durante el llenado se utilizan
•
para la parte vacía
•
Parte llena
Viscosidad resina
•
Depende la la temperatura y del grado de curado
•
Su valor tiende a infinito en el tiempo de gelificación
Simulación Modelos Viscosidad
•
Viscosidad constante
•
Viscosidad dependiente de la temperatura
•
Viscosidad dependiente de la temperatura y del grado de curado
Simulación Cinética de polimerización El modelo más utilizado es el de Kamal-Sourour.
Simulación Permeabilidad
•
Warp
•
Weft
•
Shear angle
T1. Inyección central Ficheros utilizados
• Central_start.un Central_start.unv v (malla inicial) • central.dtf+cen central.dtf+central.unv tral.unv (solution) Objetivos
• Crear un proyecto de simulación • Importar una malla y crear grupos de nodos • Visualizar zonas • Definir parámetro de proceso para ley Darcy • Visualizar resultados resultados de tiempo de llenado y presión
T1. Inyección central Modelo pieza y parámetros proceso
•
Cuadrado de lado 0.5m, espesor de 0.005m con un agujero central de 0.01m, a través del cual se inyecta una resina de 0.1Pa*s de viscosidad. La tela es isótropa con permeabilidad K1=K2=1e-9m2 y porosidad de 0.7.
T1. Inyección central Importar malla y visualizar zonas
•
New+RTM
•
Import+Mesh
•
(usar fichero ideas)
T1. Inyección central
T1. Inyección central Visualizar zonas
•
Se utiliza para aplicar misma propiedades
•
En este caso todos los elementos se encuentran en la zona 11
T1. Inyección central Creación de grupos
T1. Inyección central Simulación
T1. Inyección central Asegurar que la tela está en la zona 11, la porosidad es de 0.7 y el espesor de 0.005m
T1. Inyección central Condición de contorno de presión de inyección
•
Click derecho, new+Pressure
•
Presión inyección 105 pascales
T1. Inyección central Definición de sensores
•
Click derecho en sensores, create Sensor
T1. Inyección central Seleccionar Selecciona r 3 nodos (A, B y C) Lanzar la simulación Abrir los resultados
T1. Inyección central Visualizar
T1. Inyección central Tiempo de llenado y presión
T1. Inyección central Medición sensores
T2. Efecto borde Ficheros utilizados
•
rect_edge_start.unv (starting mesh)
•
rect_edge.dtf+rect_edge.unv (solution)
Objetivos
•
Inyectamos una placa rectangular desde uno de sus extremos. La placa tiene una zona de alta permeabilidad por donde circula la resina a mayor velocidad. Efecto borde.
T2. Efecto borde Creación de grupos y visualización de zonas
•
File+New
•
File+Import Mesh: rect_edge_start.unv
Seleccionar zonas
Hay dos zonas creadas
Usamos la zona 11 para definir el racetracking
•
Definimos una permeabilidad mayor
T2. Efecto borde Condiciones de contorno
•
Creamos dos grupos de nodos, uno para los nodos de la boquilla (lado izquierdo) y otro para el venteo (lado derecho)
•
Click N para visualizar los nodos [1]
•
Select Groups [2]
•
Groups
⇒Create.
Seleccionar los nodos de la izquierda,
ID=1
•
Groups⇒Create. Crear, ID=2
T2. Efecto borde Condiciones de contorno
•
Creamos dos grupos de nodos, uno para los nodos de la boquilla (lado izquierdo) y otro para el venteo (lado derecho)
•
Click N para visualizar los nodos [1]
•
Select Groups [2]
•
Groups
⇒Create.
Seleccionar los nodos de la izquierda,
ID=1
•
Groups⇒Create. Crear, ID=2
T2. Efecto borde Simulación
•
Doble–click en Default Fabric, valor 1.10-10m2 para los valores del tensor K1, K2, K3.
•
Crear un tejido nuevo (del tipo fabric). Llamarlo RUNNER y definir su permeabilidad como 1.10-9 m2,. Es una permeabilidad 10 veces superior a la de la cavidad.
•
Verificar que el material de la zona 9 es Default Fabric con una porosidad de 0.5 y que el material de la zona 11 es RUNNER. Definir la porosidad en esta zona (11) es 1. Esto significa que en esta zona no hay fibra.
T2. Efecto borde En la zona de race tracking es necesario definir una tela, a pesar de no contener ninguna Right-click en Boundary Conditions, seleccionar Pressure como tipo de condición de contorno. Indicar grupo 1 con presión de inyección constante de 1.105 Pa. Definir el grupo 2 como venteos, presión cero. File⇒Save y llamarlo my_edge.dtf. Lanzar la simulación con el botón Start.
T2. Efecto borde Visualización Visualizac ión de resultados
•
Importar los resultados con el botón Reload Results. Seleccionar Filling en la barra de htas y click en A para animar los resultados del llenado
•
Observar los resultados del campo de presión y Tiempo de llenado
•
Observar el race tracking
T2. Efecto borde 2 Ficheros utilizados
•
complex_edge_start.unv (starting mesh)
•
complex_edge.dtf + complex_edge.unv (solution)
Objetivos
•
Definición de un borde complejo de 2mm de ancho
T3. Efecto borde 2 Visualización Visualizac ión de zonas y grupos
T3. Efecto borde 2 Parámetros simulación
•
Simulation type: RTM
•
Geometry file: complex_edge_start.unv
Materiales
•
La permeabilidad equivalente de un canal de diámetro D para un flujo Poiseuille es:
•
Resto:
•
Resina: 0.2 Pa*s
•
K1=K2=3*10-9m2
•
K3=1*10-9m2
•
K1=K2=K3=3.3*10-7m2
T3. Efecto borde 2 Zones
•
Definir la zona central con Default Fabric
•
Porosidad de 0.6 y espesor de 0.003m
•
En la zona 2 definimos el material Runner con espesor de 0.003m y porosidad de 1
Condiciones de contorno
•
Grupo 1, boquilla de inyección a presión constante de 3*105 Pa.
•
Grupo 2, venteo
Simulación
•
Salvar el fichero con nombre my_complex_edge.dtf y simular
Here are the filling and pressure results at the end of injection.
T3. Efecto borde 2 Presión y Tiempo de llenado
T4. Orientación fibra Ficheros utilizados
•
deltoid_start.unv (starting mesh)
•
deltoid.dtf + deltoid.unv (solution)
Objetivos
•
Definir la orientación de la fibra
T4. Orientación fibra Pieza
•
La longitud de la pieza es de 0.3m.
•
Está formada por dos capas de espesor T1 y T2
•
La altura total es de h=0.2 m.
•
La inyección se realiza desde el extremo izquierdo
• •
Resina de 0.02Pa*s Dos telas diferentes
Orientación de fibra
•
Importar la malla, deltoid_start.unv.
•
Seleccionar Zonas, activar Edges y Faces, desactivar Nodes.
T4. Orientación fibra
•
La orientación de la fibra debe indicarse en todas las zonas salvo la 28, donde no es necesario al tratarse de una región isótropa.
•
Empezamos definiendo las más sencillas, que son las que tienen las fibras orientadas en el eje x e y
T4. Orientación fibra Click Selection ⇒Zone ID [1]
Click Selection ⇒Seleccionar zona [2] y un elemento de la zona seleccionada. Right-click en zone_ID y elegir Select.
T4. Orientación fibra Seleccionar Selecciona r los elementos de las zonas 26, 34 y 36 (partes horizontales). Abrir el diálogo de orientación de material (Mesh⇒Orientations⇒Set Vectors).
T4. Orientación fibra Definimos K1(1,0,0) y click en el botón Set K1. Definimos K2(0,1,0) y click en el botón Set K2. Close Deseleccionar Deseleccion ar todas las zonas (Selection⇒Unselect All)
T4. Orientación fibra •
IDEM, elementos zona 38 (parte vertical)
•
Definir K1(0,1,0) y K2(1,0,0)
•
Selection⇒Unselect All
•
Seleccionar la zona 32 (una de las zonas curvadas)
•
En la barra de display, click el botón N para activar la visualización de nodos
•
En el menú Selection, elegir Nodes
•
Usar el ratón para definir los nodos que nos definen la orientación de las fibras.
•
El orden de selección es importante. Hacerlo de izquierda a derecha o bien al revés
T4. Orientación fibra En el menú de selección, elegir cara, y seleccionar la zona 32. hacemos la dirección de trabajo, K1 con Mesh⇒Orientations⇒K1 [1]. En el mismo menú, seleccionar Set K From Selected Nodes.
T4. Orientación fibra K1 se define en la zona 32. K2 permanece definida desde el menu Mesh⇒Orientations. Después de haber seleccionado K2 [1], elegir el submenu Set K Orthogonal (significa que K2 es ortogonal a K1).
T4. Orientación fibra Hacer lo mismo con los elementos de la zona 30. Una vez terminado nos quedará:
Para ver la orientación de la fibra, seleccionar View⇒Orientations ⇒K1 Only.
T4. Orientación fibra Ahora indicamos el valor de la permeabilidad
•
Doble click en default Fabric y click en el botón … [1].
•
Accedemos al editor de funciones que permite definir los valores como una función:
T4. Orientación fibra
T4. Orientación fibra Postprocesado
•
Podemos modificar los parámetros de postproceso: View ⇒Post-Processing
Simular
T4. Orientación fibra
T4. Orientación fibra La inyección se realiza desde la izquierda. La menor permeabilidad de la zona central retrasa el flujo en esa zona Observar el campo de presiones En ocasiones es útil observar el frente de avance junto con otra variable, variable, como la presión presión o la temperatura, para hacer esto: File ⇒Import⇒Scalar Fields⇒PAM-RTM Flow Front (.front)…
T4. Orientación fibra En la siguiente imagen vemos el frente de avance en líneas blancas junto con el campo de presiones
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Ficheros utilizados
•
comparison_2D_start.unv, comparison_25D_start.unv, comparison_3D_start.unv (starting mesh)
•
comparison_2D.dtf + comparison_2D.unv (solution for 2D)
•
comparison_25D_1.dtf, comparison_25D_2.dtf, + comparison_25D.unv (solution for 2.5D)
•
comparison_3D_1.dtf, comparison_3D_2.dtf, + comparison_3D.unv (solution for 3D)
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Inyección según la figura a 2 bares
Objetivos
•
Estudiar la posición del frente de avance y comparar las soluciones obtenidas mediante mallas 2D, 2.5D y 3D
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Mallas
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Descripción nervio en T
•
La permeabilidad del refuerzo es de K1=K2=K3=1.10-9 m2 y la porosidad de φ=0.5.
•
El nervio está construido con fibra unidireccional.
•
La permeabilidad del refuerzo en la intersección i ntersección (zona sombreada) es de K1=K2=K3=1.10-10 m2.
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Zonas pieza
•
En la figura se muestran las diferentes zonas de permeabilidad.
Podemos observar que en la simulación 2.5D no existe zona central y que en la 2D no se considera la curvatura de la pieza
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Estrategia de inyección
Grupos de nodos
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Resultados. Tiempo de llenado.
•
Los tres tiempos de llenado están entre 19.9 y 21.3 segundos. Por lo tanto los resultados son coherentes
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Sin embargo existen diferencias
•
El llenado en el nervio no puede ser descrito por la simulación 2.5D
•
Se forma una burbuja de aire en la unión
Esta burbuja de aire es fácilmente fácilm ente evitable evitable me diant diantee vacío
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Flujos convergentes y divergentes
• Una simulación 2.5D permite estudiar la presión de inyección con una simulación 2D
• El frente de avance no se mezcla en la proximidad del nervio, como en la simulación 2D
• El panel de la izquierda es convergente y el de la derecha divergente (debido al radio variable).
• Esta diferencia en la geometría hace que la resina se acelere en el tramo convergente y se frene en el divergente
T5. Simulaciones 2,2.5,3D A pesar de que la presión de inyección es la misma en ambos lados, el panel de la izquierda se llena más rápidamente La simulación 2D no describe este comportamiento
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Modificación de la presión de inyección
•
Inyectamos a 2.3 bares en el panel derecho para que se junten en el nervio
T5. Simulaciones 2,2.5,3D A pesar el análisis 2.5D proporciona una visión global del llenado de la pieza, no pueden estudiarse efectos locales La simulación 3D permite estudiar los efectos locales y globales Sin embargo el tiempo de cálculo y mallado es mucho mayor
T5. Simulaciones 2,2.5,3D En la parte izquierda es necesario inyectar a mayor presión para que los frente se junten en la T La presión presión de inyección es muy similar en todos los casos
T5. Simulaciones 2,2.5,3D Conclusiones
•
La simulación 3D permite un análisis global y local
•
La simulación 2.5D permite el análisis global en un tiempo menor
•
La simulación 2D sólo permite mostrar los efectos locales, con un tiempo de cálculo mínimo.
•
En la siguiente tabla se muestran los tiempos de cálculo en cada caso para un ordenador con doble procesador Pentium 3700 MHz.
T6. Atrapamientos de aire Ficheros utilizados
•
air_trap_start.unv (starting mesh)
•
air_trap.dtf + air_trap.unv (solution)
Visualización Visualizac ión de grupos
•
Inyectamos por el centro con una tela anisótropa. En la figura se muestra la dirección principal de la permeabilidad K1
•
Forzamos a que se forme un atrapamiento de aire en el extremo inferior derecho de la placa
•
Tenemos dos puntos de venteo, en los extremos superior dizq e inferior derecho
•
Sólo el sup-izq se mantiene abierto
T6. Atrapamientos Parámetros
• Fichero geometría: air_trap_start.unv • Tipo de simulación: RTM • Atrapamientos de aire: active [1] • Viscosidad resina: 0.1 Pa*s • Permeabilidad: K1=1E-9m2, K2=1E-10m2 • Porosidad: 0.5 • Presión inyección: 2bares • Presión venteos: 1bar • Venteo 2 abierto durante todo el llenado (State = 1)
• Venteos 3 y 5 cerrados a partir de 85s. • Venteo 4 cerrado a los 120s
T6. Atrapamientos Para cerrar un venteo en un instante de tiempo, abrir la caja de diálogo del editor de funciones de condición de contorno y definir una función lineal a tramos. La anisotropía de la tela genera un frente de avance elíptico
T6. Atrapamientos Para evitar el atrapamiento de aire en el extremo inferior izquierdo, los venteos se cierran justo después de que la resina lo alcance (t=85s.). El inferior derecho se mantiene abierto hasta los 120s. Cuando se cierra, PAMRTM™ detecta el atrapamiento Como el superior izquierdo permanece siempre abierto, sólo se detecta un atrapamiento Cuando se forma la burbuja de aire, la presión se incrementa de acuerdo a la ley de los gases perfectos: Presión del aire*Volumen=Cte Con el paso del tiempo, la presión de la burbuja iguala a la presión de inyección
T6. Atrapamientos La presión indicada en PAM-RTM™ es absoluta, por lo que los venteos deben tener presión mayor de cero Inicialmente la presión presión del poro es la misma que la de la cavidad, a medida que el volumen del poro se reduce la presión aumenta hasta alcanzar la presión de inyección Podemos visualizar la posición del frente de avance junto con cualquier otra propiedad, cargar el fichero del frente (extension .front) con File⇒Import⇒Scalar Fields⇒PAM-RTM Flow Front. El frente de avance se muestra con un línea blanca.
T6. Atrapamientos Observar que la presión en la zona inferior izquierda y superior derecha. La última imagen de la presión muestra que la presión en el poro ha alcanzado la presión de inyección
T7. Vari Ficheros utilizados
•
vari_start.unv (starting mesh)
•
vari.dtf + vari.unv (solution)
Objetivos
•
Simular un pieza con el proceso VARI
T7. Vari Modificación malla
• •
File⇒New,para importar el fichero malla: vari_start.unv.
•
Abrir el cuadro de diálogo Mesh Injection Point (Mesh ⇒ Remesh⇒Injection Point).
•
Introducir las coordenadas del centro (0, -0.04, 0) y el radio
•
apply and close
La malla no tiene punto de inyección, crearemos un punto de inyección central.
T7. Vari Creamos tres sensores seleccionando los nodos con el ratón, de manera aproximada A, B y C O bien introducir las coordenadas exactas de los sensores
T7. Vari Simulación
•
Doble-click en Process en model explorer para abrir la caja de diálogo de VARI
•
En la pestaña de VARI, indicamos External pressure a 1*10 5 Pa.
•
En el explorador, doble-click en Numerical para abrir la ventana VARI Numerical Parameters. Verificar que está seleccionado Save filling factor, Save pressure, Save thickness, Save permeability y Save porosity.
T7. Vari •Resina •Viscosidad constante=0.1 Pa*s •Densidad= 1083 kg/m3 •Tela •Doble-click en Default Fabric en el explorador para abrir la caja de diálogo Fabric Properties.
•Definir la permeabilidad, K 1, como una función exponencial, A=2.2*10 -8 y B=-11.57.
T7. Vari En lugar de introducir los coeficientes, podemos utilizar la función Copy to Function Pool [2] Nombramos la curva como, perm_vf. click en Get From Function Pool [3] y seleccionar perm_vf para tomar la curva definida por K1 para K2 Uno de los parámetros más importantes para simular VARI es la curva de compresibilidad. Doble-click Default Fabric en el explorador. En la pestaña Compressibility, elegir Pressure-Fiber Content en la lista desplegable.
T7. Vari Compressibility Curve button para definir la curva Seleccionar, power law. A=1.7*10 11 y B=7.6.
T7. Vari Definir:
•
Natural thickness=0.009m
•
Superficial density= 0.7 kg/m 2
El espesor natural de la fibra es el espesor de la tela a presión cero en la curva de compresibilidad. Zonas
•
Sólo hay una zona. Doble-click Zone_2 en el explorer, asociarle Default Fabric y definir su porosidad 0.5 t espesor de 0.005m.
T7. Vari El espesor indicado es sólo utilizado para iniciar los cálculos. PAM-RTM™ calculará el espesor a partir de la curva de compresibilidad y la presión externa Es importante definir el espesor inicial de la tela, normalmente se suele tomar la mitad del espesor natural de la tela. Si en algún momento el espesor calculado es mayor del espesor natural, la simulación no es válida
T7. Vari Condiciones de contorno de presión inyección
•
Cuando definimos el punto de inyección, se crea un grupo automáticamente (ID=1), con los nodos alrededor del punto de inyección
• •
Creamos la condición de contorno de presión de inyección New⇒Pressure. injection pressure=10 5 Pa.
CC venteo • Todo el contorno exterior es venteo
•
Selection⇒Pick Boundary, pick un nodo del exterior
•
Crear un grupo con estos nodos. Groups⇒Create
•
Asociar una condición de contorno de venteo a presión cero
T7. Vari Simular
•
Tiempo de llenado y espesor al final del llenado
•
La variación del espesor con el tiempo se representa para los sensores A, B y C
T7. Tren aterrizaje Ficheros utilizados
• Landing_start.unv (starting mesh) • landing_1.dtf, landing_2.dtf; landing_2.dtf; + landing.unv (solution)
Introducción •
Con PAM-RTM™ es posible simular piezas complejas con superficies (Shell) o sólidos (3D)
•
Debemos definir diferentes zonas, tipo de material (insertos metálicos, espumas, etc), así como diferentes orientaciones de las telas
•
Podemos estudiar diferentes estrategias de llenado para optimización, por ejemplo en el tiempo de inyección
•
En los estudios no isotermos hay que acoplar el flujo con el curado de la resina y la transferencias de calor
T7. Tren aterrizaje Análisis Landing Gear
•
La pieza ejemplo es un tren de aterrizaje de una avioneta
•
El tren es simétrico, si la inyección la hacemos por el centro o por los extremos podremos simular sólo la mitad de la geometría
•
En este ejemplo se compara el efecto del flujo convergente, la simetría, aceleraciones, etc.
•
Se estudian dos escenarios diferentes a presión constante.
•
El primero consiste en inyectar de manera simétrica por dos puntos situados en el centro de la pieza, como se muestra en la figura
•
Venteos en ambos extremos, donde van las rueda
•
En el segundo caso, la resina se inyecta por ambos extremos, el venteo está situado en el centro
T7. Tren aterrizaje
Caso 1
Caso 2
T7. Tren aterrizaje El tren tiene unos insertos metálicos para la inserción de las ruedas La pieza está rellena de espuma impermeable Como son insetos no permeables y el estuido será isotermo, no es necesario mallarlos Si mallamos estas piezas, deberemos asignarles zonas diferentes
T7. Tren aterrizaje Análisis de resultados
•
Se han simulados los dos casos. a presión constante.
•
En el caso 1, el llenado se realiza sin problemas
•
Sin embargo en el segundo caso, aparecen atrapamientos de aire cerca del venteo.
•
Para evitarlo deberemos reposicionar los venteos
•
Estos atrapamientos se forman por el flujo divergente durante la inyección.
T7. Tren aterrizaje •
El flujo divergente creo burbujas de aire e incrementa el tiempo de inyección
•
En las figuras se muestra el tiempo de llenado para las dos estrategias
•
La primera tiene un tiempo de llenado menor (134s y 234s).
•
En el primer caso la geometría es convergente, lo que hace que se acelere la resina
T7. Tren aterrizaje Conclusiones
•
La simulación permite predecir las burbujas de aire que supondrán una merma en las propiedades mecánicas de la pieza
•
Es posible reposicionar los puntos de venteo
•
En este ejemplo, los venteos se colocan en un lateral de la pieza y no en la parte superior
•
Asimismo es posible optimizar el ciclo de la inyección
•
La primera estrategia es la mejor, ya que se consiguen tiempos de llenado menores y evita la creación atrapamientos de aire
•
La simulación permite la prevención de errores de diseño antes de lanzar la costosa fabricación del molde.
T8. Extrusión de mallas Ficheros utilizados
•
extrude_start.unv (starting mesh)
•
extrude.dtf + extrude.unv (solution)
Objetivos
•
Transformar una malla superficial en una 3D con capas de diferente espesor y material
Abrir la malla del fichero extrude_start.unv
T8. Extrusión de mallas Verificar la orientación
•
View⇒Orientations⇒K1 Only.
La dirección de fibra F1 y F2 (K1 y K2) no son perfectamente ortogonales. Puede observarse activando Shear_Angle en la barra de herramientas principal. Hay una diferencia de unos dos grados Esta malla se ha realizado con PAM-QUIKFORM.
T8. Extrusión de mallas El objetivo es generar una malla 3D de las siguientes capas: 0, +45, -45, 90, y un medio de dispersión en la superficie El primer paso es crear las telas y la capa de distribución El mismo material se usará para las cuatro capas El tejido tiene K 1 tres veces superior a K 2 La permeabilidad de la capa de distribución es 10 veces superior a K1
T8. Extrusión de mallas Usamos la misma K3 para el tejido y el medio de distribución El espesor de las capas es de 0.025 m. Es un espesor muy grande, lo ponemos así para que se vea mejor el flujo a través del espesor El espesor del medio de distribución es mucho más bajo, 0.003 m. Recordar indicar el ángulo de cada capa. El ángulo del medio de distribución no es importante ya que la permeabilidad es plana e isótropa
T8. Extrusión de mallas Es importante verificar que las normales de los vectores están orientadas correctamente: (View⇒Normal Vectors). Extruiremos la malla en la dirección opuesta
•
Selection⇒Element and Selection ⇒Select All
•
Mesh⇒Cleanup⇒Reverse Normals.
T8. Extrusión de mallas • • •
•
Abrir el cuadro de diálogo de extrusión Mesh⇒Transform⇒Extrude. Usar laminate option (significa que los parámetros de la superficie son ignorados y se usan los del laminado), seleccionar your laminate en el desplegable, y seleccionar Orientation from ply angles. De esta manera la orientación de cada elemento es la misma que la correspondiente a la de la primera capa girado el ángulo de la piel.
OK para generar la malla.
T8. Extrusión de mallas
T8. Extrusión de mallas Se genera una zona por cada capa Cada layer está asociada al correspondiente material El espesor no es importante, al trabajar en con elementos sólidos
•Verificar que la orientación es correcta, View⇒Zones Visibility •Ocultar todas las capas y mostrar sólo la 21.
•Mostrar los vectores K1: View⇒Orientations⇒K1 Only.
•Los vectores están orientados a -45º
T8. Extrusión de mallas Parámetros del proceso y numéricos
•
Crear los grupos de las imágenes para definir las condiciones de contorno
•
Se inyecta desde dos caras simultáneamente en la zona de alta permeabilidad
•
El venteo se sitúa en el lado opuesto. La presión de inyección es de 1bar y de cero para el venteo
T8. Extrusión de mallas Simular y post-procesar
Observar el efecto del medio de distribución
T9. Inyección no isoterma Ficheros utilizados
•
non_iso_fil_start.unv (starting mesh)
•
non_iso_fil_1.dtf, non_iso_fil_2.dtf, non_iso_fil_3.dtf, + non_iso_fil.unv (solution)
Objetivos
•
Hacer una simulación no isoterma
•
Estudiar el efecto de la temperatura sobre el flujo de la resina
Geometría
T9. Inyección no isoterma •
Crear una nueva simulación del tipo Heated RTM (File⇒New) e importar el fichero malla non_iso_fil_start.unv.
•
Visualizar grupos de nodos
•
La inyección la haremos desde los nodos en azul oscuro y el venteo por los de azul claro
•
Los de las zonas superior e inferior (11 y 12) son los calentadores
T9. Inyección no isoterma Parámetros de simulación
•
Abrir el cuadro de diálogo de propiedades de la resina (doucle-click en Default Resin). Nombre resina: Vinylester - Densidad = 1083 Kg/m3 - Viscosidad: función de la temperatura temperatura y el grado de curado. Seleccionar el modelo Viscosity_02 :
T9. Inyección no isoterma El rango de temperaturas es entre 300 y 350°K. El valor máximo de alpha es 0.4 (la viscosidad tiende a infinito para 0.4), por lo que se limita a 0.35.
T9. Inyección no isoterma Click-derecho Click-derech o en la curva para modificar los datos de la curva Cambiar alpha[1] y definir Ymax como 0.35 para evitar la singularidad de alpha= 0.4 [2].
T9. Inyección no isoterma Definir la conductividad térmica y el calor específico
•
Conductividad térmica= 0.11 W/m*K
•
Calor específico= 1205 J/Kg*K Propiedades térmicas
Propiedades químicas
T9. Inyección no isoterma Seleccionar 1 en Nb Sub-reactions, click Set Seleccionar button [1]. Con esto creamos una sub-reaction. Seleccionar sub-reaction Seleccionar sub-reaction 1 y pulsar el el botón … [2] para elegir el modelo cinético de la resina Function Editor⇒select Kinetic_01
T9. Inyección no isoterma
Curvas de conversión
•
Esta gráfica es útil para conocer el comportamiento de la resina a diferentes temperaturas
•
Por ejemplo, deberemos evitar valores de alpha cercanos a 0.4, por ejemplo dejaremos un margen mínimo de 0.1
•
Por lo tanto la pieza debe llenarse en unos 250s a una
T9. Inyección no isoterma Propiedades:
•
Densidad: 2565 kg/m3
•
Conductividad térmica: 0.2 W/m.K
•
Calor específico: 1205 J/Kg.K
•
Conductividad efectiva: 0.3 W/m.K
•
Permeabilidad: K1=K2=K3=1.5 10-10 m²
•
Porosidad: 0.5
•
Espesor: 0.005 m
Condiciones de contorno.
•
Presión de inyección (Grupo 9) = 2.105 Pa.
•
Presión venteos (Grupo 10) = 0 Pa.
T9. Inyección no isoterma Caso 1
•Temperatura
inicial de molde y fibras: 300ºK
•Temperatura de resina: 300ºK •Temperatura de las paredes del molde: 350ºK •doble-click en Process y seleccionar Thermal tab. Especificar la temp. de la resina:
T9. Inyección no isoterma Para definir las condiciones de contorno:
•
click-derecho en Boundary Conditions
•
click en New⇒Temperature
•
doble-click en Temperature_-1 para abrir el cuadro de diálogo de Boundary Condition. La resina se inyecta a 300ºK. Debido a que la parte superior e inferior del molde están a 350ºK, la resina se calienta en la proximidad de las paredes. De esta manera se reduce la viscosidad y acelera la resina
T9. Inyección no isoterma La resina se inyecta a 300ºK. Debido a que la parte superior e inferior del molde están a 350ºK, la resina se calienta en la proximidad de las paredes. De esta manera se reduce la viscosidad y acelera la resina
T9. Inyección no isoterma •
Observar que la resina es acelerada por la temperatura y por la geometría convergente de la pieza
•
Cuando la resina la temperatura en la cavidad se incrementa, la viscosidad de la resina decrece, y la reacción de curado se acelera
•
La siguiente figura muestra el grado de curado al final del llenado
T9. Inyección no isoterma Caso 2
•
Temperatura inicial molde y fibra: 300ºK
•
Temperatura de la resina: 300ºK
•
Temperatura de las paredes del molde: 350ºK en el superior y 330ºK en el inferior
•
En este caso la viscosidad de la resina es no uniforme a lo largo del espesor, debido a la diferencia de temperaturas entre las dos mitades del molde
•
Sin embargo, debido al efecto combinado de temperatura, grado de curado y geometría convergente, el flujo es uniforme al final del llenado
•
El grado de curado al final del llenado no es importante.
•
El tiempo de llenado es mayor que en el caso 1
•
El grado de curado no es uniforme, lo que puede causar problemas mecánicos
T9. Inyección no isoterma
T9. Inyección no isoterma Caso 3
•
Temperatura inicial de molde y tela: 300ºK
•
Temperatura de la resina: 350ºK
•
Temperatura paredes molde: 320ºK
•
En este caso la temperatura de la resina es mayor que la del molde, por lo que se enfría durante el llenado.
•
Al final del llenado, la temperatura es uniforme en toda la pieza
•
El grado de curado es inferior (0.005).
•
El principal problema es que el tiempo de llenado es muy amplio (unos 850s. comparedo con los 300s. del primer caso.
T9. Inyección no isoterma
T10. Curado placa Ficheros empleados
• curing_1d_star curing_1d_start.unv t.unv (starting mesh) • curing_1d.dtf + curing_1d.unv (solution)
Visualizar malla y grupos File⇒New Importar fichero malla: curing_1d_start.unv. Se trata de una sección de una placa rectangular La temperatura en ambos moldes es constante, lo que genera un flujo de calor 1D a través del espesor
T10. Curado placa Parámetros
•
Simulation⇒Numerical Parameters para abrir el diálogo de Curing Numerical Parameters
•
Seleccionar la lengüeta lengüeta Time Step y definir:
•
Max. Experiment Time: 3600
•
Max. Number of Steps: 1000
•
Para la simulación de curado y preheating, el paso de tiempo es fijo y calculado como:
•
dt = Max. tiempo experimento/Max. numero de pasos
•
Resina: Vinylester
•
Densidad: 1083 kg/m3
•
Calor específico: 1205 J/Kg.K
•
Entalpia: 266342 J/Kg
•
Añadir modelo Kamal-Sourour model, (Kinetic_01) con A=9.17E6, E=7289, m=0.85 y p=1.15
T10. Curado placa •
En las curvas de conversión isoterma, el valor 1 significa que la resina está completamente curada
•
Las curvas con menor pendiente se obtienen a menor temperatura
•
Cambiar la temperatura de procesado y la escala de tiempos para visualizar el efecto de la temperatura en el curado
T10. Curado placa Parámetros fibra
•Nombre:
Glass
•Densidad: •Calor
2565 Kg/m3
específico: 1205 J/Kg.K
•Conductividad efectiva de la tela
saturada (direcciones K1,
K2 y K3): 0.25 W/m.K
•
Asignar el material vidrio a la zona 6. Porosidad 0.57,
fracción volumétrica 43%.
•
Nota
•
Para simulaciones de curado, no es necesario especificar la
conductividad de la fibra seca ni la de la resina, sólo es necesaria la efectiva, que es la del composite
•
La porosidad es igual a 1-Vf, donde Vf es la fracción
volumétrica de las fibras.
T10. Curado placa Condiciones de contorno
• Crear una nueva condición de contorno de temperatura
• Repetir para la segunda condición de contorno (grupo 8).
T10. Curado placa Sensores
• • •
(0.005, 0.00635, 0.) (lower quarter) (0.005, 0.0127, 0.) (middle) (0.005, 0.0) (boundary condition)
Resultados
• •
Observar qque el curado empieza en el centro de la pieza. Esto evita tensiones residuales en la pieza
T11. Curado con inserto Ficheros utilizados
•
curing_insert.unv (starting mesh)
•
curing_insert_1.dtf, curing_insert_2.dtf, curing_insert_3.dtf, + curing_insert.unv (solution)
Objetivos
•
Simular una pieza con un inserto metálico
•
Utilizar sensores
T11. Curado con inserto • La pieza contiene un inserto metálico que influye en el curado de la pieza
• La geometría es de extrusión, por lo que un análisis 2D es apropiado • File⇒New. • Importar el fichero malla: curing_insert_start.unv. • Visualizar las zonas y grupos • La zona 21 se utilizará para el inserto metálico, y la zona 19 para la tela.
• Los grupos 22 y 23 se usarán para las condiciones de contorno de temperatura
T11. Curado con inserto Parámetros simulación
•
Tiempo máximo simulación: 2000 s.
•
Número máximo iteraciones: 500, paso de tiempo constante de 4s.
•
Abrir la ventana de propiedades resina.
T11. Curado con inserto • • • • • •
Resina: Vinylester
•
No es necesario introducir el valor de la permeabilidad, ya que no se estudia el flujo
• • • •
Densidad tela, 2565 Kg/m3
Densidad: 1083 Kg/m3 Conductividad térmica: 0.25 W/(m.K) Calor específico: 1205 J/(Kg.K) Entalpía reacción: 300000 J/Kg Añadir nueva reacción, abrir el editor de funciones y seleccionar el modelo de Kamal-Sourour (Kinetic_01) con A=9.17E6, E=7289, m=0.85 y p=1.15.
Calor específico tela: 1205 J/(Kg.K) Conductividad térmica: 0.25 W/(m.K) Conductividad efectiva: 0.3 W/(m.K)
T11. Curado con inserto •
Finalmente, debemos definir el inserto de aluminio.
•
Click-derecho en material, New ⇒Mold
•
Abrir la ventana de propiedades del molde haciendo doble click en mold
•
No hay materiales definidos definidos para los insertos en PAMRTM™.
•
El material del molde se utiliza cunado es necesario definir un material impermeable como un inserto de espuma o metálico.
T11. Curado con inserto • Parámetros del inserto de Al • • • •
Densidad: 2702 Kg/m3 Calor específico: 900 J/(Kg.K) Conductividad térmica: 2.165 W/(m.K) Asignar la zona 21 al aluminio y la tela a la 19
• La porosidad en la zona 2 (inserto) es cero
• PAM-RTM™ asigna automáticamente porosidad cero a los materiales del molde
• Definimos sensores; Simulation⇒Create Sensors
• Definir cinco sensores entre dos puntos: Punto 1 (0.09, 0, 0) y Punto 2, (0.09, 0.03, 0) y click en el botón Create.
T11. Curado con inserto La temperatura inicial de molde y fibras son de 310°K (definirlo en la ventana de curado).
Vamos a estudiar tres casos:
• 1. Temperatura pared molde a 340°K. • 2. Temperatura pared molde inferior a 350°K y superior a 330°K. • 3. Temperatura inicial paredes del molde a 310°K, con aumento lineal hasta 340°K.
T11. Curado con inserto Caso 1 (paredes molde a 340ºK)
•
Crear las condiciones de contorno para los grupos 22 y 23 y fijar la temperatura a 340ºK
•
Salvar y lanzar la simulación
•
Los resultados muestran que el curado comienza en las paredes del molde
•
Debido al calor generado por la reacción, la solidificación avanza hacia el centro de la pieza y cura antes en el centro
T11. Curado con inserto •
El inserto metálico permanece casi a temperatura cte, 320°K.
•
El curado es menor en las proximidades del inserto
•
Este tipo de curado, de fuera hacia dentro tiene influencia sobre la pieza
•
Al comenzar la solidificación desde el exterior, se producirán contracciones que dejarán una superficie con mal acabado
•
No puede utilizarse para piezas clase A
•
Otro problema se genera por la contracción del interior de la pieza cuando el exterior ha solidificado. Las propiedades mecánicas serán peores.
•
Finalmente, la baja velocidad velocidad de curado cerca cerca del inserto puede originar menores propiedades mecánicas por un curado incompleto
T11. Curado con inserto
T11. Curado con inserto
Esta estrategia de curado no es correcta, los principales problemas observados son:
• • • •
Contracciones y mal acabado superficial Tensiones residuales térmicas Alta temperatura en el centro de la pieza Curado incompleto alrededor del inseto
T11. Curado con inserto Información sensores
T11. Curado con inserto Caso 2 (molde inferor a 350ºK y superior a 335ºK)
•
Podemos ver que la solidificación comienza en la parte inferior.
T11. Curado con inserto
T11. Curado con inserto
T11. Curado con inserto
T11. Curado con inserto Caso 3 (calefacción lineal 310-330ºK)
T11. Curado con inserto Utilizar el comando copiar para definir los sensores
T11. Curado con inserto
T12. Resistencia térmica de contacto Resistencia al flujo de calor como consecuencia de la transición entre dos materiales en contacto. Se mide con el coeficiente de resistencia térmica de contacto, hc
T12. Resistencia térmica de contacto Ficheros utilizados
•
contact_start.unv (starting mesh)
•
contact.dtf + contact.unv (solution)
Objetivos
•
Simulación del curado con molde calefactado
•
Podemos usar elementos rectangulares al no resolver la ecuación de Darcy.
T12. Resistencia térmica de contacto Grupos
•
File⇒New para crear una simulación del tipo preheating simulation
•
Importar el fichero malla, contact_start.unv.
•Fibra: zona1 •Molde:
Zonas 2 y 3
T12. Resistencia térmica de contacto •
Seleccionamos los nodos en la frontera molde/molde [1] y seleccionar Groups ⇒Contact Interface.
•
Si seleccionamos los nodos del 3 al 5, estaremos definiendo el contacto entre los nodos 2 al 6
• •
La interface sólo puede crearse entre dos zonas
•
View⇒Outline⇒Free Edges. Edges. La línea roja muestra los elementos que se han desconectado
La creación de la interface modifica la malla, los elementos son desconectados
T12. Resistencia térmica de contacto Simulación
•
En la ventana Preheating Numerical Parameters, definir: Max experiment time = 4 s y Max number of steps = 500.
•
Temperatura inicial de molde y fibras: 300 K
•
Tela
•Densidad
= 2565 Kg/m ³
•Conductividad •Calor •
térmica= 0.25 W/m.K
específico= 1205 J/Kg.K
Molde (Crear un nuevo material)
•Densidad=
2707 Kg/m³
•Conductividad •Calor
Térmica= 2 W/m.K
específico= 900 J/Kg.K
• Asociar la zona 1 a la tela y las zonas 2 y 3 para el
molde
T12. Resistencia térmica de contacto Condiciones de contorno
•
Crear dos condiciones de contorno, la primera asociada con el molde inferior a 320K y la segunda con el superior a 310ºK
•
Crear una nueva condición de contorno de resistencia térmica de contacto asociada al grupo 3: 0.01 m ²K/W.
Resultados
•
Temperatura a los 2.6 s.
T12. Resistencia térmica de contacto Mediante los sensores A, B cerca de la interface, podemos observar la influencia de la resistencia térmica de contacto. El caso 1 se ha obtenido sin resistencia, y los casos 2, 3 y 4 corresponden respectivamente respectivamente a los valores de 0.1, 0.01 y 0.001 m ²K/W.
T13. Porosidades Ficheros utilizados
•
velo_opti_start.unv (starting mesh)
•
velo_opti.dtf + velo_opti.unv (solution)
Objetivos
•
Estudiar la influencia de la velocidad de impregnación sobre la formación de macro y micro porososdades
T13. Porosidades
T13. Porosidades •
la curva con pendiente negativa es la de formación de Macro porosidades, la de pendiente positiva es la de micro porosidades
•
Podemos ver que el mínimo de poros que se produce es del 2%
T13. Porosidades Comenzamos creando un simulación nueva de RTM. Los parámetros para la optimización de la velocidad se encuentra en la ventana de Velo Opti de la ventana de Process. Doble-click en Process. Introducir los siguientes valores
•
Optimize velocity checked Resin capillary coefficient: 0.02 Optimal capillary number: 0.0069 Micro voids function: linear with A = 100.5, B = 1.27 Macro voids function: linear with A = -1574, B = 12.82 Nb max iter: 3 Tolerance: 1e-4
•
T13. Porosidades OPTIMIZATION
•
Indicar salvar los resultados referentes a la optimización de la velocidad: número capilar, micro voids, macro voids, y fichero con la suma de los macro y micro poros
•
save capillary numbers
•
Condiciones de contorno
•
El fichero malla contiene dos grupos, el grupo 1 es la inyección y el 2 los venteos
•
Presión de inyección: 0.1 bar
•
Presión venteos: 0 bar
T13. Porosidades Simulaciones
•
Vamos a realizar dos simulaciones, una sin optimizar la velocidad y otra optimizando
•
Para el primer caso, simplemente uncheck optimize velocity en la ventana Velo Opti tab de Process parameters
•
Grabar el fichero: File ⇒Save
T13. Porosidades
T13. Porosidades
T13. Porosidades Los macro-micro poros y número capilar no cambian durante el llenado, se definen cuando el frente toca al elemento. En el segundo caso, activar la opción optimize velocity. Grabar el fichero En este caso los macro poros son siempre cero, esto es debido a que, en este modelo, no es posible obtener macro micro poros simultáneamente Finalmente, observar que la velocidad al final de la inyección (1.38E-3 m/s) es mucho mayor que en el caso anterior (5.1E-4 m/s). Esto es debido a que la inyección se hace controlada por el caudal de inyección en lugar de por presión.
T13. Porosidades
T13. Porosidades
Transport model for saturation Joel Breard (2001)
V=0.005 m/s
T13. Porosidades
T13. Porosidades
P constante
Q Variable
Presión
T13. Porosidades P constante
Nº Capilar
Porosidades
Q Variable
T14. Drapeado Ficheros utilizados
•
drape.dsy (PAM-FORM™ result result file, file, 1 ply)
•
drape_start.unv (injection mesh file)
•
El trapeado de la tela hace que la permeabilidad cambie de valor
•
En este tutorial se estudiará cómo emplear los resultados del cálculo del drapeado, siguiendo los pasos:
•
Importar los resultados del drapeado
•
Proyectar las pieles drapeadas en la malla, de forma que conozcamos la relación entre los elementos de la malla y de los drapeados
•
PAM-RTM™ puede importar directamente desde: PAMFORM™ y PAM-QUIKFORM™ (ESI Group), PATRAN Laminate Modeler (MSC), FiberSIM (Vistagy).
T14. Drapeado
T14. Drapeado Resultados de Drapeado
•
Crear un fichero nuevo de RTM: File ⇒New
•
Importar el fichero malla: simulation drape_start.unv
•
IMportar los resultados de drapeado: File⇒Import⇒Draping Results⇒PAM-FORM
•
Seleccionar el fichero PAM-FORM™: drape.dsy, y click Open.
T14. Drapeado Las capas importadas se muestran en el explorador Draping Results. Puede ser útil visualizar las capas importadas en la parte alta de la malla click-Derecho click-Derech o en layer y seleccionar View Layer
T14. Drapeado •
Es posible colorear la malla con respecto al ángulo de cortadura
•
Es posible visualizar la piel en la ventana 3D, New Window en el explorer.
•
Esto permite más opciones de postprocesado.
T14. Drapeado Observar que la visualización de la piel está considerada como un documento (ver menu window). Volver a la malla de inyección
T14. Drapeado Activar la ventana de malla de inyección: Mesh⇒Orientations⇒Map Draping Results
El cálculo del drapeado puede realizarse en toda la malla de inyección o sólo en los elementos seleccionados. Puede resultar útil, por ejemplo cuando hay runners en la malla de inyección
T14. Drapeado Indicar la máxima distancia normal: 1.5mm
Seleccionar Selecciona r Nb_Plies, para mostrar el número de capas drapeadas
T14. Drapeado •
Seleccionar Shear_Angle y Iso, y no mostrar los bordes.
•
Calcular la permeabilidad local: Mesh⇒Orientations⇒Compute Local Permeability computes
•
Calcula la permeabilidad y porosidad media en cada elemento, utilizando los resultados del drapeado.
•
Para calcular la permeabilidad, PAMRTM™ necesita el tipo de refuerzo y la fracción volumétrica inicial de cada capa.
•
Antes de calcular la permeabilidad, debemos crear un laminado
T14. Drapeado Verificar que la porosidad inicial de la capa 1 es 0.5. Esta es la porosidad antes de la cizalladura Definir la permeabilidad viculada a la capa 1 (default fabric) a 1*10 -11 m². Calculamos la permeabilidad: Mesh⇒Orientations⇒Compute Local Permeability.
T14. Drapeado check use imported plies. Asumimos que la permeabilidad es isótropa Elegir Isotropic Woven Fabric model en el modelo de permeabilidad para telas cizalladas, click OK para calcular. Ver el resultado de la porosidad
T14. Drapeado Podemos observar la dirección principal de K1: View⇒Orientations⇒K1.
T14. Drapeado Simulación
•
En Numerical Parameters, seleccionar Use local permeability files y Usar porosity file
•
Introducir los valores de permeabilidad.
T14. Drapeado Parámetros
•Resina •viscosidad: 0.1 Pa*s •Tela: Default Fabric •· K1: 1.10-11 m2 •· K2: 1.10-11 m2 •· K3: 1.10-11 m2 •zone: ID 1 •material: Default Fabric •porosity: 0.5 •thickness: 0.005 •boundary condition: ID: 1 •tipo: presión •Presión: 3*105 Pa •Condición de contorno: •ID: 2 •tipo: venteo •presión: 0 Pa
T14. Drapeado Finalmente, grabar y lanzar la simulación
T15. Drapeado avanzado Ficheros utilizados • drape2.dsy (4 plies plies laminate laminate file) file) • drape2_start.unv (injection mesh file) • drape2_K1.sr drape2_K1.srf f (sheared permeability permeability K1 kriged function function data file) • drape2_K2.sr drape2_K2.srf f (sheared permeability permeability K2 kriged function function data file) • drape2_beta.s drape2_beta.srf rf (sheared rotation rotation angle kriged kriged function data file) file)
Usaremos la misma geometría, con el drapeado de con un laminado de 4 capas obtenido con PAM-FORM™
T15. Drapeado avanzado Resultados drapeado Crer una nueva simulación File ⇒New e importar el fichero malla: drape2_start.unv drape2_start.unv.. Seleccionar: Selecciona r: File⇒Import⇒Draping Results ⇒PAMFORM. drape2.dsy. Vemos que hay cuatro capas
•
click derecho para ver el trapeado de todas las capas
T15. Drapeado avanzado •
Hacer lo mismo con las cuatro capas
•
La cuatro capas capas tienen orientación orientación a 0º, por lo tanto todas son similares. Sin embargo no son exactas debido al espesor de la pieza.
•
En la figura vemos el ángulo de cortadura para la capa 2.
T15. Drapeado avanzado Volver a la ventana de malla de inyección. Mesh⇒Orientations⇒Map Draping En los parámetros de drapeado, indicar 4mm como distancia normal máxima Una vez realizado el cálculo del drapeado, el ángulo de cortadura es para la primera capa
ángulo de cortadura para la primera capa
T15. Drapeado avanzado Seleccionar Nb_Plies para ver el número de capas drapeadas (cuatro en este caso para toda la pieza)
Calcular la permeabilidad local
• Indicar el las propiedades del material para cada una de las capas drapeadas
• Crear un material con cuatro capas, clickderecho en la primera capa de Default Laminate, Insert Above para añadir una capa por encima
• Repetir cuatro veces
T15. Drapeado avanzado •
Doble-click en Default Fabric para abrir el editor
•
En Advanced tab, especificamos el modelo de permeabilidad de cortadura conlas permeabilidades de cortadura K1, K2, K3, y el ángulo Sheared Rotation Angle
•
Permeabilidad de cortadura para K1, K2, y K3 son las tres direcciones principales del tensor permeabilidad
T15. Drapeado avanzado • Click on the … button to the right of the Sheared Permeability K1 field to open the
• Function Editor dialog box. Select Import from file and in the Import dialog box, choose
• in the Type roll-down list PAM-RTM (*.srf) and browse to drape2_k1.srf. drape2_k1.sr f. By the
• same way, set the fields Sheared permeability K2 and Sheared rotation angle. Before
• closing the Function Editor dialog box, don’t forget to select the imported function.
T15. Drapeado avanzado • The user could also enter the data points manually. The x column is the shear angle (in
• degree), y is the fiber content (a decimal value between 0 to 1), and z is the sheared
• permeability (unit: m2). • The sheared rotation angle designates the angular position of 1st principal direction of
• the permeability tensor (K1) with respect to the warp direction of the laminate fabric
• (f1), as shown in the following figure.
T15. Drapeado avanzado •Note •If you select View->Orientations->K1 Only (or K2 Only) when the active window •is a draped ply, the K1 direction represents the warp direction of a fabric, and •K2 represents the weft direction. However if you visualize K1 on the injection •mesh after Compute Local Permeability, the K1 direction is the 1st principal •direction of the permeability tensor. So the same command View->Orientations•>K1 is used to visualize fiber directions or principal permeability directions, •depending on the context. •The sheared permeability K1, sheared permeability K2 and sheared rotation angle •functions used in this example are displayed below.
T15. Drapeado avanzado • For 3D simulations, the Sheared Permeability K3 could also be defined as a function of
• the fiber content and shear angle, if such experimental data is available. In this example,
• we set Sheared Permeability K3 to a constant value. • To perform the local permeability calculation, select Mesh>Orientations->Compute
• Local Permeability. • The Compute Local Permeability dialog box pops up. Check use imported plies and
• select Woven Fabric in the permeability model roll-down roll-down list, which means that the
• sheared permeability functions we’ve just defined will be used.
T15. Drapeado avanzado •
The figure below shows the 1st principal direction of the permeability tensor after local permeability calculation.
T15. Drapeado avanzado •
The rest of the procedure is the same as described in the tutorial Local permeability
•
from draping results. The following figure shows the filling pattern at a constant
•
pressure injection, whose injection and vent conditions are the same as in the previous
•
tutorial.
T16. Quik-Form Ficheros utilizados
•
quikform_start.ps (starting mesh)
•
-quikform.dtf + quikform.ps (solution)
Objetivos
•
Hacer la simulación de un drapeado con QUIK-FORM.
•
La geometría empleada es una doble semiesfera
•
El laminado consta de dos pieles unidireccionales
•
El punto de contacto es la parte superior de la semiesfera y el sistema e referencia es el eje X (Cero grados)
T16. Quik-Form Parámetros
• Crear una simulación nueva: File⇒New⇒QUIKFORM
• Importar malla: quikform_start.ps. quikform_start.ps. File⇒Import ⇒Mesh
• Crear sistema de referencia en la parte superior de la semiesfera.
• Por defecto QUIK-FORM tiene un sistema de referencia en el origen de coordenadas coordenadas
• Doble-click en default axis
T16. Quik-Form •
pulsar en el botón Pick[1] y seleccionar un punto en la parte superior de la semiesfera, o introducir las coordenadas del origen manualmente (0, 0, 150).
•
El vector directos es el X (cero grados), los ejes Y y Z son asignados automáticamente por PAM-RTM™.
•
El eje Z es normal a la superficie y el Y se asigna por la regla de la mano derecha
Ahora definimos el siguiente laminado: - Capa 4: 90º fabric - Capa 3: -45º unidireccional - Capa 2: +45º unidireccional - Capa 1: zeroº fabric
T16. Quik-Form click-derecho click-derech o en Layer 1 en Default Laminate e insertar tres capa encima Editar cada capa mediante doble-clicking en ella e indicar el material y el ángulo
T16. Quik-Form •
Finalmente, debemos definir el tamaño de GRID u y v.
•
Este es el tamaño de los elementos drapeados
•
El tamaño por defecto es cero, lo que significa que QUIKFORM lo calculará.
•
En este tutorial lo definimos de 5 mm en las las direcciones u y v directions.
T16. Quik-Form •
Salvar el documento antes de lanzar la simulación. File⇒Save.
•
Simular [1]
•
Cuando la simuñación está hecha hecha,, PAM-RTM™ carga automáticamente todas las mallas drapeadas
•
click-derecho en una de las capas y elegir View Layer para visualizar la malla
T16. Quik-Form
T16. Quik-Form •
Visualizar el ángulo de cortadura [1]
T16. Quik-Form
T16. Quik-Form
T16. Quik-Form
