非匹配网格为模拟RTM工艺提供支持

作者:本刊编译 发布时间:2022-04-14
常见于聚合物基增强复合材料制品上的曲面需要复杂的铺层设计,因此,在树脂传递模塑成型(RTM)工艺建模之前,必须根据产品设计的铺层设置建立相应的实体网格。但是,为复杂的铺层表面建立网格却非常困难,用户必须在网格预处理上花费很多时间,否则,模拟结果的准确性会受到影响。为此,非匹配网格模拟应运而生。

以前,用户必须为模拟RTM工艺而在Moldex3D网格预处理上花费较多的时间,而且从一开始就要重建实体网格,即使流道设计有轻微的变化。此外,在一些模拟案例中,有些问题会导致熔体前锋崩溃,以及超过入口压力的异常内压。为此,Moldex3D 2021求解器采用非匹配网格为模拟分析提供支持。同时,该求解器的计算能力也得到了提升,消除了熔体前锋和压力问题,获得了更好的分析结果。

如图1a所示,当求解器不支持非匹配网格时,必须在RTM项目的预处理过程中首先生成完全匹配的实体网格,如图1b所示,因此在进行分析之前,用户必须检查网格是否完全匹配,并修复相应的网格问题。Modex3D 2021 RTM 求解器现在支持非匹配网格分析,所以实体网格界面上的节点不需要完全匹配就能进行分析,从而减少了花费在修复实体网格上的大量时间和精力。

建立不匹配网格的工作流程与建立匹配网格的过程相同。如果用户想要对设计发生变化的铺层和浇口进行评估,只需调整部分网格,而不是删除和重建所有的网格。


图1

图1 a为匹配网格,b为非匹配网格

下面的验证案例比较了非匹配网格和匹配网格的模拟结果。在此案例中,模型是通过Easyperm渗透率测量仪建立的,图2中的a、b展示了该仪器。图2 c为基于型腔建立的几何模型,SNX1、SNX2、SNY1和SNY2是模内压力传感器的位置。图4中非匹配网格和匹配网格的模拟结果可以分别参考NM simu和M simu数据。对传感器点处压力随时间变化的结果进行的比较表明,非匹配网格和匹配网格的模拟结果彼此一致。如图3中的c、d所示,熔体前锋时间的最大误差约为4%,非匹配网格内部界面处的速度矢量和压力场的分布是连续的。通过此案例的验证可以看出,网格模型不再需要完全匹配,且所得到的模拟结果与采用完全匹配的网格得到的结果基本一致。


图2

图2 a为Easyperm渗透率测量仪,b为采用 Easyperm去测量模具内部,c为模型的几何形状以及压力传感器点在模内的位置


图3

图3 a为验证案例中的网格模型,b为非匹配网格,c为速度矢量,d为压力分布


图4

图4 传感器点的压力变化和熔体前锋的时间差 

在第二个验证案例中,采用非匹配网格去检测因浇口位置和数量的变化而导致的结果差异。图5所示为采用一个浇口(a)和两个浇口(b)的模型布置,以及在流动时间(c)和熔体前锋时间(d)方面的结果差异。


图5

图5 a为采用一个浇口布置的网格,b为采用两个浇口布置的网格,c为采用一个浇口的熔体前锋时间,d为采用两个浇口的熔体前锋时间 

在某些早期的 RTM模拟案例中,结果可能出现熔体前锋的崩溃。现在,Moldex3D 2021 RTM 求解器增强了对熔体前锋的计算能力,可以得到更好的模拟结果。图6显示了增强求解器熔体前锋计算能力前后的结果差异。


图6

图6 a为计算能力增强前的模拟结果,b为计算能力增强后的模拟结果

在RTM工艺中,真空通常被用来产生内外压差并将树脂吸入型腔中,入口处的压力是0.1 MPa。如果使用复杂的铺放叠层,以前可能会出现计算错误,使内部压力高于最大的入口压力,为解决此问题并获得合理的压力分布,Moldex3D 2021 RTM模块的求解器还优化了压力计算。从图7可以看出压力计算改善前后的差异。


图7

图7 a求解器计算能力增强前的最大压力是 0.122 MPa,b求解器计算能力增强后的最大压力是0.1 MPa

Moldex3D 求解器支持非匹配网格计算,大大减少了网格预处理的修复时间和难度, 可帮助用户快速理解工艺参数对结果的影响, 及早解决潜在的生产问题。此外,该求解器的增强还提供了更精确的模拟结果, 提高了模拟效率。

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