SỬ DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE GIA CỐ SỢI NGẮN ĐỂ HỢP LÝ HÓA MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CẤU TRÚC

Tại sao lại chọn vật liệu composite gia cố sợi ngắn?

Để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm lượng khí thải độc hại, các nhà sản xuất đang nỗ lực làm việc để giảm trọng lượng của các chi tiết được sử dụng trong xe cộ và máy móc. Tuy nhiên, việc giảm trọng lượng cũng ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của một chi tiết. Vì vậy, kỹ thuật vật liệu đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp các nhà sản xuất phát triển các chi tiết và sản phẩm nhẹ hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất kết cấu.

Việc sử dụng vật liệu composite gia cố sợi ngắn (SFRP) góp phần vào mục tiêu này. SFRC là một vật liệu thích hợp dành cho các ứng dụng công nghiệp vì vật liệu này dễ sản xuất và có các đặc tính hiệu suất thuận lợi với trọng lượng thấp. Thật tuyệt vời, vấn đề đã được giải quyết, phải không?

Tính chất vật liệu SFRC là gì?

Khi phát triển một sản phẩm mới, các kỹ sư cần dự đoán sản phẩm sẽ hoạt động như thế nào trước khi bắt đầu sản xuất. Kiểm tra vật lý nguyên mẫu là một cách để xác minh hiệu suất, nhưng điều đó mất quá nhiều thời gian và quá tốn kém. Ngày nay, hầu hết các công ty sử dụng một số hình thức mô phỏng, nhưng dự đoán hiệu suất của các chi tiết và sản phẩm làm từ vật liệu SFRC khó hơn nhiều so với dự đoán hiệu suất của vật liệu đồng nhất, đẳng hướng. Lý do là vì quá trình ép nhựa được sử dụng để sản xuất các chi tiết SFRC ảnh hưởng đến cách các sợi ngắn được định hướng bên trong chi tiết. Các sợi này sẽ có các định hướng khác nhau ở các khu vực khác nhau của chi tiết tùy thuộc vào cách vật liệu chảy vào chi tiết đó. Điều này mang lại cho chi tiết các đặc tính vật liệu không đồng nhất. Có nghĩa là các khu vực khác nhau của chi tiết sẽ phản ứng với các điều kiện tải khác nhau. Làm thế nào để một kỹ sư dự đoán được chi tiết sẽ hoạt động như thế nào nếu các đặc tính vật liệu không được nắm bắt?

Tìm hướng sợi

May mắn thay, các kỹ thuật hình ảnh như quét CT và các công cụ phần mềm để mô phỏng quá trình ép nhựa đều tồn tại. Các kỹ sư có thể tận dụng những công cụ này để xác định hướng sợi trong một chi tiết SFRC. Nhưng biết được các định hướng của sợi chỉ giúp bạn được một phần của quy trình. Phần phức tạp và tốn thời gian của quy trình là áp dụng điều này cho mô hình phần tử hữu hạn (FE).

Mô phỏng ép nhựa cho một chi tiết composite gia cố sợi ngắn

Thông thường, điều này bao gồm ba bước thủ công tẻ nhạt:

  1. Lập bản đồ định hướng sợi dẫn đến một lưới cấu trúc tinh chế khác nhau
  2. Sự phân hủy của bộ căng định hướng sợi quang theo các hướng nguyên tắc và mức độ liên kết
  3. Tạo và gán các mô hình vi cấu trúc cho các vùng phần tử thích hợp

Simcenter 3D tự động hóa mô hình cấu trúc vi mô SFRC

Simcenter 3D hiện có khả năng tự động hóa và sắp xếp hợp lý nhiệm vụ phức tạp là tạo và mô phỏng mô hình đa tỷ lệ thích ứng của chi tiết SFRC ép nhựa. Quy trình làm việc ép nhựa đa cấp này hoạt động bằng cách kết nối các kết quả mô phỏng ép nhựa với một solver cấu trúc. Giải pháp hoạt động liên quan đến các công cụ mô phỏng ép nhựa khác nhau cũng như với các solver phần tử hữu hạn cấu trúc từ Simcenter 3D hoặc các bên thứ ba thông qua Simcenter 3D Materials Engineering.

Một quy trình làm việc ví dụ sẽ giống như sau:

  1. Tạo một chi tiết được tham số hóa đáp ứng các tiêu chí thiết kế trong hệ thống CAD mà bạn lựa chọn
  2. Chạy mô phỏng ép nhựa trong bất kỳ công cụ mô phỏng ép nhựa nào
  3. Nhập kết quả ép nhựa vào Simcenter 3D

Simcenter 3D tự động sắp xếp các kết quả mô phỏng ép nhựa của các hướng sợi vào lưới cấu trúc và tạo các cấu trúc vi mô để phù hợp với các hướng sợi đó.

Bây giờ, bạn đã sẵn sàng để mô phỏng và đánh giá hiệu suất của chi tiết SFRC bằng cách sử dụng phân tích đa cấp độ. Vì Simcenter 3D tự động tạo ra các cấu trúc vi mô, bạn có thể tập trung công sức của mình vào các đặc tính cấu thành vật liệu để đạt được độ chính xác cao hơn so với các phương pháp phân tích.

Hơn nữa, vì vật liệu cấu thành là vật liệu duy nhất cần thiết cho phân tích này, nên phương pháp luận đa cấp trả về kết quả hợp lệ khi thay đổi các thông số xử lý và thông số kỹ thuật của vật liệu. Ví dụ: nếu bạn có một cơ sở dữ liệu về các thuộc tính của nhiều loại nhựa nhiệt dẻo và sợi (carbon, S2, v.v.), thì bạn có thể dễ dàng khám phá nhiều kết hợp sợi nhựa.

Xử lý nhanh chóng từ quá trình ép nhựa đến phân tích cấu trúc đa cấp độ cho vật liệu composite gia cố sợi ngắn trong Simcenter 3D

Nguồn: Siemens

Leave a Reply

Your email address will not be published.