توضیحات
عنوان: ساخت کامپوزیت ها به روش تزریق رزین Resin Infusion
- چکیده
- مقدمه
- مطالعات پیشین
- معادلات حاکم و روش حل
- اعتبارسنجی نتایج
- روش حل عددی
- استراتژی تزریق اول
- استراتژی تزریق دوم
- استراتژی تزریق سوم
- استراتژی تزریق چهارم
- استراتژی تزریق بنجم
- استراتژی تزریق رزین بهینه اول
- استراتژی تزریق رزین بهینه دوم
- نتیجه گیری و جمع بندی
- تجزیه وتحلیل روش تزریق درخلاء (VIP[1]) بصورت تحلیلی
- مروری بر تحقیقات پیشین مدل فرایند VI[2]
- یکپارچه سازی مدلهای منتشر شده از تزریق خلا
- مدلسازی فشرده سازی
- مدل های فشرده
- پیشرفت در مدلسازی فرایند تزریق زرین در خلاء
- حل تحلیلی
- حل عددی
- میدان فشار سیال
- زمان پرشدن VI و نمودار های نهایی
- نتیجه گیری
- مراجع
چکیده :
روش تزریق در خلاء یکی از جدید ترین روش های ساخت پوسته های کامپوزیتی می باشد.به دلیل مصرف زرین کمتر، استحکام نهایی بالاتر محصول وآلودگی های کمتر،این روش نسبت به روش های مرسوم قدیمی تر محبوبیت زیادی پیدا کرده است. در این تحقیق ابتدا به مرور ونتایج استراتژی های مختلف محققان که درمورد تزریق زرین درون یک شناور که بصورت عددی شبیه سازی شده است پرداخته می شود و سپس به مرور مقالاتی دیگر که درمورد تجزیه وتحلیل روش تزریق درخلاء بصورت تحلیلی می باشد، پرداخته می شود.
کلمات کلیدی : روش تزریق درخلاء ، استراتژی تزریق بهبود یافته ، تجزیه وتحلیل VIP[3]
مقدمه :
مقدمه کامپوزیتها از مواد بسیار با اهمیت مهندسی هستند که به خاطر ویژگیهای خاصی همچون مقاومت خوب در مقابل خوردگی و نسبت بالای استحکام به وزنشان توانسته اند جای بسیاری از فلزات را در ساخت وسایل و قطعات بگیرند. امروزه مواد کامپوزیتی به طور گستردهای در صنایعی همچون اتومبیل سازی، بل سازی، هواپیماسازی و به خصوص صنایع دریایی استفاده می شود. این مواد روشهای ساختی چون لایه گذاری دستی، روش پاششی، روش قالب گیری فشاری، روش الیاف پیچی، پروسه کشش رانی، روش اتوکلاو، روش انتقال رزین، روش کیسه خلاء و روش تزریق در خلاء دارند که براساس فناوری در دسترس و نوع محصول کامپوزیتی مدنظر برای تولید، یکی از روشهای مذکور انتخاب و برای تولید اجرا میشود. فرایند VIP تکنیکی است که در آن از نیروی فشار خلاء برای راندن رزین به داخل لمینیت استفاده می شود [1]. ابتدا مواد تقویت کننده بصورت خشک بر روی قالب خوابانده می شوند و خلاء نیز قبل از نفوذ پذیری رزین اعمال می گردد. پمپ ایجاد خلاء نیز برای تامین فشار مورد نظر استفاده می گردد تا هوای مورد نظر را تخلیه نماید و فضای خلاء ایجاد نماید. زمانی که مقدار خلاء به مقدار لازم رسید، رزین بوسیله لوله هایی که در ابتدا در موقعیت مناسبی قرار گرفته اند به داخل لمینیت مکیده می شود. روش تزریق در خلاء نسبت به روشهای متداول قدیمی تر مزایایی دارد که از مهم ترین آنها می توان به آلودگی کمتر و حذف بخارات مضر (بخصوص نسبت به روش لایه چینی دستی)، نسبته رزین به الیاف کم تر (در نتیجه وزن کم تر، استحکام بالاتر و به حداکثر رسیدن خواص رزین و الیاف)، زمان مورد نیاز کمتر و نهایتا افزایش خواص کیفی محصول به دست آمده از این روش اشاره نمود. علی رغم مزایای زیادی که استفاده از این روش در ساخت پوستههای کامپوزیتی دارد، استفاده از این روش محدودیتهایی دارد که از جمله آنها می توان به فرآیند پیچیده دستگاه و اجزای آن و آزمون و خطا بودن این روش اشاره نمود که باعث احتمال خرایی در قطعات به دست آمده از این روش می شود. به همین دلیل قبل از اجرای این روش بهتر است که استراتژیهای تزریق مختلف برای نمونه مورد نظر شبیه سازی و بهترین استراتژی برای اجرا انتخاب شود تا بدین وسیله در وقت و هزینه اجرای این روش صرفه جویی شود و با کمترین تعداد آزمون و خطا بتوان محصول با کیفیت نهایی را تولید کرد. برای شبیه سازی جریان رزین درون قطعه مورد نظر روشهای زیادی وجود دارد که از جمله آنها می توان به نرمافزار المان محدود PolyWorks اشاره نمود. یکی دیگر از نرمافزارهای موجود در این زمینه نرم افزار حجم محدود Ansys CFX [2] می باشد. در این تحقیق ابتدا به مرور تحقیقاتی که محققان در این مورد انجام داده اند پرداخته شده است ودر نهایت بهترین استراتژی تزریق زرین در فرایند ساخت شناور کامپوزیتی که مهندس فروزنده وهمکاران[3] انجام دادند پرداخته می شود .
مطالعات پیشین :
هان و همکاران [3] با استفاده از معادلات ناویر استوکسی سرعت جریان سیال درون محیط متخلخل را محاسبه و با مدل سازی جریان رزین در یک نمونه شناور کوچک استراتژی های مختلف تزریق رزین را مورد بررسی قرار دادند. کریا و همکاران [۴] معادلات حاکم بر جریان رزین درون محیط متخلخل را مورد مطالعه و به بررسی تغییرات ضخامت لمینیت در حین تزریق رزین پرداختند. ساجدی و کیاست آ۵] معادلات حاکم را مورد مطالعه و به شبیه سازی جریان رزین درون شناورهای کامپوزیتی به روش تزریق در خلاء پرداختند. ایشان چند نمونه ساده و یک شناور ۱/۶ متری را با استفاده از نرم افزار Ansys CFX را مورد مطالعه و استراتژی های مختلف تزریق رزین را مورد بررسی قرار دادند. همچنین در تحقیق دیگری معمار و همکاران [۶] به بررسی عددی حرکت جریان ویسکوز رزین در محیط متخلخل پارچهای الیافی با استفاده از نرم افزار تخصصی Poly WOTX و روش المان محدود پرداختند. آنها در این تحقیق در بین استراتژی های مختلف تزریق رزین برای بلوک شناور مورد نظر بهترین استراتژی را انتخاب نمودند در این استراتژی تزریق بهینه، بهترین محل ورود رزین و مکش هوا مشخص شد که باعث کاهش فضای خالی و حفره در قطعات نهایی شده و در نتیجه در مصرف تجهیزات و مواد صرفهجویی صورت می گیرد. همچنین بروور و همکاران [۷] با استفاده از نرم افزار Poly WOTX به شبیه سازی عددی یک شناور ۱۰ متری به روش تزریق در خلاء پرداختند. آنها در این مطالعه یک استراتژی تزریق بهینه رزین به دست آوردند. بدین صورت که در این استراتژی تزریق بهینه، یک مجرای اصلی ورودی در طول شناور، دو ورودی تزریق رزین به فاصله ۴ متر بر روی کف شناور و ۱۴ کانال فرعی توزیع رزین درون قالب تعبیه شده است.
معادلات حاکم و روش حل :
برای بررسی معادلات حاکم بر جریان رزین از داخل یک شبکه تراکم پذیر متخلخل،باید فرضیاتی در نظر گرفته شود.در فرضیاتی که فروزنده وهمکاران در نظر گرفتند رزین تراکم ناپذیر فرض شده،وتمام تغییرات حجم در لایه های فایبر فقط از تغییرات در فضای متخلخل به وجود می آید.به عبارت دیگر حجم رشته فایبر تغییر نمی کند.قانون دارسی در مختصات کارتزین به صورت زیر بیان می شود.
که در آن L طول جریان و t زمان کلی تزریق رزین می باشد. همان طور که در رابطه بالا نیز دیده میشود پارامترهای مختلفی بر زمان پرشدن (در اینجا رزین) تاثیر دارند. با تغییر در مقدار این متغیرها می توان زمان تزریق رزین را کاهش داد. این پارامترها به عواملی همچون مشخصات مواد، ویژگیهای سازه و همچنین نحوه اجرای فرآیند تزریق در خلاء بستگی دارد. با توجه به روابط ارائه شده فوق از جمله عواملی که در زمان پر شدن قالب از رزین تاثیر دارند می توان به لزجت رزین، تخلخل و نفوذ پذیری الیاف، اختلاف فشار و طول تزریق رزین اشاره نمود .
با ساده سازی رابطه بالا می توان زمان پرشدن رزین را به صورت یک بعدی محاسبه نمود که رابطه به صورت زیر آورده می باشد :
اعتبارسنجی نتایج :
در تحقیق حاضر هدف این بوده است که جریان رزین درون یک شتاور با هندسه پیچیده با استفاده از شبیه سازی عددی آن مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین برای اطمینان از دقت نتایج ابتدا یک هندسه ساده (یک ورق مستطیلی شکل) در نظر گرفته شد و جریان رزین درون آن شبیه سازی شده و نتایج عددی به دست آمده با رابطه بالا مقایسه می شود. شرایط شبیه سازی برای این هندسه در جدول (1) آورده شده است.
با توجه به رابطه زمان پرشدن وشرایط شبیه سازی گفته شده در جدول بالازمان لازم برای پرشدن قالب این هندسه مستطیلی شکل از رزین به صورت زیر به دست اورده می شود.
بنابراین با توجه به روابط تحلیلی ،زمان لازم برای پرشدن این قالب از رزین تقریبا 972 ثانیه بدست می آید.
نمودار کسر حجمی زرین درون قالب نسبت به زمان در شکل (1) نشان داده شده است.همانطور که دیده می شود پس از 1000 ثانیه 100% حجم قالب از زرین پر شده است. بنابراین با مقایسه نتایج عددی به دست امده از نرم افزار با حل تحلیلی می توان گفت که اختلاف بین نتایج عددی وحل تحلیلی موجود حدود 3% می باشد که این حاکی از دقت بالای نرم افزار شبیه سازی اینگونه مسائل می باشد.
روش حل عددی :
هندسه شناوری که فروزنده و همکاران مورد مطالعه قرار دادند دارای طول 10.5 متر وعرض 3.5متر ،وارتفاع آن تقریبا 1.5 متر وضخامت آن حدود 0.01 متر می باشد.
شبیه سازی تحقیق حاضر به روش دوفازی انجام شده است. فازهای موجود در شبیه سازی دو سیالی رزین و هوا می باشند. بدین صورت که در ابتدا کل شناور پر از هوا بوده و با گذشت زمان رزین از ورودیهای مورد نظر وارد شناور می شود تا به تدریج کل شناور پر از رزین شده و رزین به خروجی ها برسد. به منظور شبیه سازی مکشی روی شناور مورد نظر اختلاف فشار ثابتی بین ورودی و خروجی اعمال می شود. مقدار این اختلاف فشار در تحقیقی حاضر تقریبا برابر با یک اتمسغر در نظر گرفته شده است. همچنین با توجه به اینکه رزین از بین الیاف عبور می کند حوزه حل مورد نظر به صورت متخلخل در نظر گرفته شده است که شرایط آن در جدول (۲) آورده شده است. مشخصات رزین و سایر تنظیمات مورد استفاده در شبیه سازی در جدول (۲) آورده شده است. لازم به ذکر است که مشخصات مورد اشاره در این جدول در تمامی استراتژی های تزریق اعمال شده
است.
توجه:
برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.
به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.
سفارش تحقیق
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.