Resumen de New approach for filling simulations of dual-scale preforms used in the manufacturing of composites materials
- español
Algunos refuerzos fibrosos usados en la manufactura de piezas por Procesos de Moldeo Líquido (LCM) tienen una naturaleza de doble-escala, lo cual supone desbalances de flujo entre las mechas y los canales a escala mesoscópica, lo cual a su vez, causa defectos no controlados (vacíos, puntos secos, entre otros) y puede afectar considerablemente el comportamiento global del flujo durante el llenado de cavidades a escala macroscópica. En el presente trabajo, un nuevo enfoque para llevar a cabo simulaciones de llenado de refuerzos fibrosos de doble escala a nivel mesoscópico es propuesto. Éste consiste en prescribir un gradiente de presión a lo largo de la Celda Representativa Unitaria, e imponer condiciones de acople Stokes-Darcy entre los subdominios de mechas y canal para determinar el llenado de los primeros. Contrariamente al enfoque tradicional, donde una presión uniforme es asumida en los canales y sólo el fluido en los medios porosos es modelado, el presente enfoque permite considerar el gradiente de presión en los canales (movimiento de fluido), compresibilidad y disolución del aire, presión capilar dependiente de la orientación, y presión de vacío, de igual manera que capturar diferentes fenómenos involucrados en la evolución dinámica de vacíos intra-mechas, a saber, compresión, movilización a volumen constante y migración desde las mechas hacia el canal. Los vectores de velocidad y líneas de corriente en los subdominios mechas y canal, cuando estos fenómenos tienen lugar, son analizados también.
- English
Some fibrous reinforcements used in the manufacturing of parts by Liquid Composite Molding (LCM) have a dual-scale nature, which supposes flow imbalances between the tows and channels at mesoscopic scale, which in turn, cause uncontrolled defects (voids, dry points, among others) and could considerably affect the global flow behavior during the filling of cavities at macroscopic scale. In the present work, a new approach to conduct filling simulations of dual-scale fibrous reinforcements at mesoscopic scale is proposed. This consists of prescribing a pressure gradient along the Representative Unitary Cell, and imposing Stokes-Darcy matching conditions between the tows and the channel sub-domains to determine the filling of the former ones. Contrarily to the traditional approach, where a uniform pressure is assumed for the channels and only the porous media fluid is modeled, the present one allows considering the fluid pressure gradient at channels (fluid motion), air compressibility and dissolution, flow-direction dependent capillary pressure, and vacuum pressure, as well as capturing several phenomena involved in the dynamic evolution of intra-tow voids, namely, compression, mobilization at constant volume and migration from tows towards channel. The velocity vectors and streamlines in the tows and channel subdomains, when these phenomena take place, are analyzed as well.
