Применение моделирования при проектировании 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, схемы армирования, связующего, оснастки и так далее. 

Кроме того, существует риск возникновения брака на различных этапах изготовления. Для предотвращения образования различного вида дефектов многие компании используют компьютерное моделирование процесса изготовления изделия из композиционного материала. Лидером в данной области является компания ESI Group с решением PAM-COMPOSITE. Данный инструмент позволяет выявлять и устранять многие проблемы их еще до производства реального изделия. К таким проблемам относятся: дефекты формования, сухие зоны при пропитке ткани смолой, нерациональный расход связующего, коробления изделия.

Кроме того, в ходе моделирования вычисляются ключевые параметры процессов. К таким параметрам относятся: время заполнения детали смолой, эволюция температуры во время различных технологических операций, степень конверсии связующего, запирающее усилие формы для RTM процесса, напряжения и деформации в изделии во время процесса изготовления.

Рассмотрим один из вариантов применения программного обеспечения на промышленном примере. Перед одним из отечественных предприятий возникла задача подбора оптимальной схемы пропитки изделия «Плита». Габариты изделия составляют 2500х1250х10.
 

Помимо этого, стояла задача подбора пресса для RTM процесса, выбор которого также зависел от запирающего усилия формы. От этого, в свою очередь, зависела и стоимость оборудования, поэтому было принципиально важно точно определить данную характеристику.

Рис. 2  Модель изделия в программе

В результате работы были просчитаны различные варианты подвода и отвода смолы. Также были проведены дополнительные расчеты при различных величинах температуры и давления смолы на входе. В ходе работы также было выявлено образование сухой зоны в ходе пропитки по причине преждевременного застывания смолы.

Рис. 3  Изделие в оснастке

Таким образом, моделирование позволило заказчику избежать дополнительных финансовых затрат на стендовые эксперименты, подобрать подходящую схему пропитки изделия и купить соответствующий пресс.

Программное решение PAM-COMPOSITE от компании ESI Group в области проектирования технологий изготовления изделий из композиционных материалов применяется для:

• Устранения производственных дефектов (складки, сухие зоны при пропитке, коробления детали).
• Снижения затрат на разработку технологии.
• Получения оптимальной геометрии детали и оснастки.
• Повышения качества готового изделия.
• Разработки оптимального процесса изготовления конструкции в кратчайшие сроки.