En los procesos de moldeo de composite líquido (LCM), el mayor defecto de fabricación es la formación de huecos o zonas donde no hay suficiente presencia de la resina de inyección. Por lo tanto, es importante que las universidades desarrollen estudios encaminados a comprender el fenómeno de la formación de huecos, además de conocer su influencia en las propiedades mecánicas finales de las piezas, y diseñar, implementar y evaluar estrategias de inyección que permitan la reducción del nivel. de huecos en las piezas acabadas. El propósito de este proyecto fue evaluar el llenado de coladas líquidas en composites a escala mesoscópica, utilizando el software ANSYS, se realizaron simulaciones para la saturación de una celda unitaria representativa, y de esta manera determinar la formación de poros. por mecánico de trampas. Para dibujar la geometría en ANSYS, la preforma se caracterizó mediante estereomicroscopía y SEM (Microscopía Electrónica de Barrido), lo que nos proporcionó varias imágenes que nos permitieron, utilizando el software ImageJ, tomar todas las medidas necesarias para construir la celda representativa. .
Posteriormente, mediante sucesivas simulaciones, se obtuvieron imágenes en función del tiempo, para cinco presiones de inyección diferentes en una celda unitaria representativa, y en dichas imágenes se pudo observar la formación de poros por atrapamiento mecánico, cuyas formas varían con el tiempo. circular, luego adquiere forma elíptica y finalmente adquiere forma de alambre. El tiempo necesario para alcanzar el 90% de saturación de la preforma fue inversamente proporcional a la presión de inyección aplicada. Palabras clave: Escala mesoscópica, celda unitaria representativa, ANSYS, estereomicroscopía, viscosidad, inyección, saturación, presión, impacto, deformación, poros, preforma, resina.
ANSYS Analyse System Software LCM Liquid Composite Molding RTM Resin Transfer Molding SEM Scanning Electron Microscopy.
INTRODUCCIÓN
MARCO TEÓRICO
En LCM, el principal defecto de fabricación es la formación de huecos o zonas donde no hay suficiente presencia de resina de inyección. Existen muchas causas para la formación de vacíos como: frente de flujo global no homogéneo, llenado incompleto, limpieza inadecuada de algunas resinas antes de la inyección, falta de compatibilidad fibra-resina, entre otras. Además, una de las principales ventajas de RTM es la relativa separación entre el proceso de moldeo y el diseño de la arquitectura de la fibra, otras ventajas son: buen tratamiento superficial, la capacidad de producir piezas grandes y complejas, una gran variedad de sistemas, posible resinas, cantidad de fibra perfectamente controlada, entre otros.
Asimismo, se debe conocer el comportamiento de la viscosidad durante la inyección para moldear el flujo de la resina en la preforma. 11 La selección de la fibra depende no sólo del desempeño mecánico sino también de algunos parámetros relacionados con el proceso, en cuanto a la resina existen dos criterios de selección, uno de procesabilidad y otro de desempeño de la pieza (ver Figura 2.4). Los métodos de medición de la permeabilidad se clasifican según la consideración de los efectos capilares, según la dirección del flujo inyectado y según el parámetro de inyección que se mantiene constante (ver Figura 2.7).
Al finalizar el proceso de fabricación de piezas RTM, pueden presentarse ciertos defectos en el acabado final de la pieza, tales como: Dimensiones inexactas de la pieza, mal acabado superficial, lavado de fibras, curado no homogéneo, delaminación, entre otros;
METODOLOGÍA
Una vez que la CRU esté dibujada correctamente (consulte la Figura 3.14), guárdela y regrese al menú principal. Pasamos a una verificación de método, para esto hacemos clic derecho en Malla, Insertar y Método (ver Figura 3.18), lo que abrirá una ventana, hacemos clic en Geometría, y a la derecha seleccionamos toda la CRU y luego hacemos clic en Aplicar (ver figura 3.19). A continuación creamos algunas comprobaciones de tamaño, la primera de las cuales es el cuerpo. Para hacer esto, haga clic derecho en Malla, Insertar y Dimensionar (ver Figura 3.18), lo que abrirá una ventana y seleccionará todo el cuerpo de la CRU y haga clic en Aplicar, luego en Tamaño del elemento establezca 5x10-5 y haga clic en Aplicar (ver Figura 3.20).
Ahora se crea otro control de tamaño de cara, haciendo clic derecho en Malla, Insertar y Tamaño (ver Figura 3.18), luego en la parte superior hay varias herramientas que se utilizan para seleccionar el cuerpo, las caras, las aristas y los puntos (ver Figura 3.21); luego se selecciona la herramienta caras y con control permanente se seleccionan las caras (ver figura 3.21), luego se da clic en aplicar, aparecerá una ventana a la izquierda donde se puede ver que se han seleccionado 4 caras y en la opción tamaño de elemento 1x10 es 5 (ver figura 3.22). Se crea otro control de tamaño de borde, donde están las transiciones entre tramas y urdimbres, haga clic derecho en Malla, Insertar y Tamaño (ver Figura 3.18); Después de hacer todo lo anterior, obtendrá la malla final (ver Figura 3.25), simplemente haga clic derecho en Malla y seleccione la opción Actualizar (ver Figura 3.26).
También seleccionamos los planos donde se cortarán las celdas (ver Figura 3.30), y se repite lo mismo del apartado anterior, pero con otro nombre, por ejemplo Simetría. Finalmente seleccionamos todas las zonas faltantes sobre las que se aplica la presión de la resina, zonas verdes (ver Figura 3.31), al igual que las anteriores les damos un nombre, por ejemplo Entrada. 35 Después de hacer todo lo anterior, a la izquierda tenemos todos los controles y los nombres dados a las diferentes caras (ver Figura 3.32). Haga clic en Guardar y regresaremos a la página principal de ANSYS.
Luego de los pasos anteriores se abre en EXCEL el archivo previamente guardado, la suma de la columna B nos da la superficie de porosidad (ver figura 3.42), con estos datos se calcula la porosidad (ver apéndice A), y luego la inversa de la porosidad. se calcula (ver anexo A). Para continuar primero debemos crear las fases, en nuestro caso solo son dos, una fase de aire y una fase de resina; La fase de aire ya está creada por defecto, así que para crear la fase de resina seleccione Materiales, luego Fluido y haga doble clic en aire (ver figura 3.46), en la opción Nombre se establece el nombre de la siguiente fase, en nuestro caso Resina , . 47 De todas estas opciones, solo se configura Viscoso (Laminado) (ver figura 3.52), y se selecciona Laminado y Aceptar (ver figura 3.52).
48 Zona Porosa (ver figura 3.53), dado que el medio es poroso, se selecciona Zona Porosa en la siguiente línea (ver figura 3.53), y se muestra una ventana donde se coloca la porosidad (ver figura 3.54), y OK. Primero se selecciona Geom__solid y luego Phase resin (ver figura 3.55), lo que muestra una ventana (ver figura 3.56), donde se escribe la formulación de Resistencia a la velocidad relativa y en las tres filas de la opción Resistencia viscosa (ver figura 3.56), la permeabilidad inversa , es decir 1/Permeabilidad, y más abajo en la opción Viscosidad Relativa se selecciona Brinkman y OK (ver figura 3.57). Cuando se selecciona geom__solid (ver figura 3.59), aparecen dos fases, la fase resina se deja igual, y se hace doble clic en Fase aire, en la opción Fracción de Volumen ingresa 0, porque esta es la cantidad inicial de aire, es decir, todo. es líquido y está bien (ver figura 3.59).
Al seleccionar Salida aparecen dos fases, Fase resina sigue siendo la misma y haces doble clic en Fase aire (ver Figura 3.61) y aparece una ventana, en la opción Método de especificación de fracción de volumen (ver Figura 3.61), seleccionamos De celda vecina y OK (ver Figura 3.61).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se observa que la superficie está saturada (zona roja), pero la mayor parte de la CRU está compuesta de aire (zona azul) (ver Figura 4.8). La presión en la superficie es de 100 Pa, en el resto unos 50 Pa, pero hay una pequeña zona circular con una sobrepresión de 170 Pa (zona roja), (ver Figura 4.11). Se logra una saturación del 90%, con las mismas cavidades pero con una saturación aproximada del 90% (ver Figura 4.10).
Se observa que después de 0,06 segundos la superficie está saturada (zona roja) pero la mayor parte del CRU es aire (zona azul), (ver Figura 4.14). La presión en la superficie es de 1KPa (zona roja), en el resto es de aproximadamente 81Pa (zona verde), (ver figura 4.17). La presión es de 1KPa en la superficie (zona naranja), y comienza a disminuir hasta llegar a cero en la parte interior (zona azul), (ver Figura 4.18).
La presión es de 1KPa en la mayor parte de las CRU, y la zona con presión cero disminuye (zona azul), pero hay una sobrepresión circular (zona roja), (ver figura 4.19). La superficie está saturada (zona roja), pero la mayor parte del CRU es aire (zona azul) (ver figura 4.20). La presión en la superficie es de 10KPa (zona roja), y la presión comienza a disminuir a medida que ingresa a la CRU, con una gran parte donde no hay presión (zona azul), (ver figura 4.23).
El área con una presión de 10KPa aumenta, y la presión aumenta en las zonas restantes, con una pequeña zona sin presión (zona azul), (ver Figura 4.24). Se logra una saturación del 90%, con cavidades elípticas con un poco de aire, una saturación de aproximadamente el 40 y el 70% (ver Figura 4.22). La presión sigue siendo la misma en toda la preforma, la misma que en 5,7 segundos (ver Figura 4.25).
La superficie está saturada (área roja), pero la mayor parte de la CRU es aire (área azul) (ver figura 4.26). La zona de presión de 100 KPa aumenta (zona roja), y la presión disminuye internamente con una pequeña zona libre de presión (zona azul), (ver figura 4.30). Este autor utiliza una geometría idéntica a la nuestra, pero con múltiples capas de tejido tafetán (ver figura 4.32), aprovechando los huecos con agarres mecánicos, como hacemos nosotros (ver figura 4.33).
Este autor utiliza una geometría muy similar (ver Fig. 4.36) y analiza la no linealidad de la presión de inyección.
CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO
Il Lee, “Modeling of cavitation and unsaturated flow in liquid composite casting processes: a survey and review,” J. Boundary element simulation of cavitation in fibrous reinforcements based on the Stokes-Darcy formulation. Boundary Element Techniques for Infiltration of Dual Scale Porous Media in the Processing of Composite Materials.
