بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي تئوري و تجربي تخمين زمان پر شدن قالب در قطعات کامپوزيتي با هسته لانه زنبوري به روش تزريق رزين داخل قالب به کمک اعمال خلاء
چکيده
هدف اين مقاله بدست آوردن شبيه سازي ساده براي تخمين زمان پر شدن قطعات کامپوزيتي با هسته لانه زنبوري در روش تزريق رزين داخل قالب به کمک اعمال خلاء (VARTM) ميباشد، براي اين منظور ابتدا با حل تحليلي معادلات دارسي و استوک و ترکيب آنها با معادله پيوستگي و ممنتوم و همچنين با اعمال شرايط مرزي در ناحيه اشباع و غير اشباع و با انجام فرضيات ساده کننده و با رفع مشکل موجود در تخمين سرعت حرکت رزين در قطعات با هسته لانه زنبوري، شبيه سازي انجام شده و پارامترهاي موثر آن مورد بررسي قرار گرفته شده است . براي ارزيابي شبيه سازي انجام شده، نمونه هايي با تغيير ضخامت هسته لانه زنبوري ساخته شده و نتايج آن مورد بررسي قرار گرفته شده است . نتايج نشان داد که مقادير حاصل از آزمايش در ضخامتهاي کم با شبيه سازي موجود همخواني داشته ولي در ضخامتهاي زياد اختلاف بيشتر از حد انتظار شده است .
واژههاي کليدي: سازه هاي ساندويچي- VARTM- لانه زنبوري - ضرايب نفوذپذيري
١- مقدمه
از فرآيند تزريق رزين داخل قالب به کمک اعمال خلاء (VARTM) بطور گستردهاي در ساخت سازههاي کامپوزيتي با ابعاد بزرگ استفاده مي- شود. بنابراين شبيه سازي فرآيند، قبل از ساخت اين گونه قطعات الزامي ميباشد..يکي از مشکلات شبيه سازي در اين تحقيق وجود هسته لانه زنبوري ميباشد چون سرعت رزين بعد از رسيدن به حفرههاي هسته لانه زنبوري به شدت کاهش مييابد. اين عامل به دليل آن است که زماني براي پر شدن اين حفرهها با رزين و خروج دوباره آنها از اين حفرهها براي آغشته سازي الياف زير هسته لانه زنبوري با رزين نياز ميباشد و تئوريهاي موجود اختلاف نتايج بسيار زيادي با آزمايشات عملي داشته اند.در اين مقاله سعي شده با رفع مشکل موجود، شبيه سازي سادهاي براي ساخت قطعات با هسته لانه زنبوري ارائه شود.
1 تحقيقاتي در اين رابطه انجام شده است از جمله آقاي هيان يوم در رابطه با خواص مکانيکي کامپوزيت هاي ساندويچي که هسته آنها از هانيکم تشکيل شده تحقيقاتي را انجام دادهاند[١]. تاوارس ٢ و همکاران در مورد تاثير ميزان فشار وارده بر خواص چسبندگي و کيفيت پوسته ي ساختارهاي ساندويچي داراي هانيکم تحقيقات خود را انجام داده اند[٢]. رنلينگ و همکارانش در رابطه با شبيه سازي فرآيند VARTM با معادل قرار دادن نفوذپذيري تحقيقات خود را انجام دادهاند[٣]. يون ٣ و همکاران مدت زمان لازم براي رسيدن جبهه جريان را پارامتري کردند[٤]. سجاد رجبي جلال و محمد گلزار، فرآيند تزريق رزين داخل قالب به کمک اعمال خلاء را براي قطعات ساده و قطعات با هسته فومي را شبيه سازي کرده و کليه پارامترهاي موثر در اين فرآيند را بهينه سازي کرده اند[٥].
٢- استخراج معادلات
در اينجا با اعمال فرضيات ساده کننده و براي يک هندسه ساده، حل تحليلي جريان رزين ، در فرآيند VARTM بدست ميآيد، حل تحليلي نه تنها به مطالعه و بهينه سازي پارامتريک مسأله ميپردازد بلکه ديد بهتري را در رابطه با افزايش مقياس نمونه و پارامترها و متغيرها براي قطعات بزرگ ميدهد. همانطور که در شکل ١ مشاهده ميشود درلايه چيني مواد دو لايه نفوذپذير وجود دارد.
١- لايه توزيع
٢- لايه سازه ٢
شکل ١- مدل دو لايه جريان رزين در فرآيند VARTM [٣]
لايه اول (لايه توزيع )، رزين در آن جريان يافته و در قسمت جلو، رزين از اين لايه با جريان عرضي به داخل لايه دوم (سازه) نفوذ ميکند.
مدلسازي جريان رزين را هم ميتوان به صورت دو بعدي و هم سه بعدي در نظر گرفت . در اينجا مدلسازي به صورت دو بعدي در نظر گرفته شده است ، که در آن با حل تحليلي معادلات دارسي و استوک و ترکيب آنها با معادله پيوستگي و ممنتوم و همچنين با اعمال شرايط مرزي در ناحيه اشباع و غير اشباع و با بي بعدسازي و انجام فرضيات ساده کنندهاي، شبيه سازي انجام ميشود.
جريان رزين از داخل يک فضاي متخلخل مثل لايه توزيع رزين (لايه ١) و پريفرم (لايه ٢) از قانون دارسي (معادله ١) تبعيت ميکند.
در اين رابطه u سرعت دارسي، K تانسور نفوذپذيري، ويسکوزيته رزين و اختلاف فشار مي باشد. با فرض سيال تراکم ناپذير و ترکيب معادله دارسي با معادله پيوستگي، (معادله ٢) خواهيم داشت :
بعد از بي بعد سازي و اعمال شرايط مرزي و حل معادلات مربوط به آن در نهايت سرعت حرکت رزين و طول جبهه جريان به صورت زير (معادله ٣) بدست مي آيد[٥].
براي مقايسه سرعت حرکت رزين به صورت عملي و تئوري، ابتدا مي - بايست سرعت حرکت رزين در تئوري را محاسبه کرد براي انجام اين کار نياز به ضريب نفوذپذيري ميباشد که با داشتن زمان و مکان حرکت رزين مي توان از رابطه ٤ مقدار آن را محاسبه کرد.
در رابطه فوق x مسافت طي شده توسط رزين ، t زمان طي شده توسط رزين ، ويسکوزيته رزين و تخلخل ماده مورد نظر است
همچنين براي معادلسازي ضرايب نفوذپذيري و تخلخل از رابطه ٥ و ٦ استفاده ميشود که H مجموع ضخامت کل لايه هاست .
٣- روش تحقيق
در اين تحقيق براي توليد نمونه ها از ٥ لايه الياف بافته شده شيشه (E-Glass) با دانسيه سطحي ٢٠٠ گرم بر متر مربع و با ميانگين قطر١٢ ميکرومتر به عنوان پوسته در هر طرف هسته (شکل ٢) و رزين اپوکسي (٢٠١٥ Epolam) ساخت شرکت Axson (جدول ١) و هسته لانه زنبوري با جنس کاغذ نومکس در ضخامتهاي ٥، ١٠، ٢٠، ٣٠ و ٥٠ ميليمتر استفاده شده است .
