A Dual-Scale Analysis of Macroscopic Resin Flow in Vacuum Assisted Resin Transfer Molding Process

In VARTM process where a sacrificial medium is used to facilitate the resin flow, the velocity of resin varies drastically between the sacrificial medium and the fiber preform. Although the thickness-to-length ratio of a VARTM product is usually small, a 3-D analysis is prerequisite to analyze the lead-lag flow in the two different media. The problem associated with the full 3-D analysis is the CPU time. A full 3-D numerical mesh comprising large number of nodes requires an impractical CPU time on average computer platforms. In this study, a dual-scale analysis technique was developed. The flow analysis for the entire calculation domain was conducted in 2.5-D, and the 3-D analysis was performed for a small area of special concern. In some numerical examples, the local 3-D analysis could discover an eccentric flow pattern as well as the lead-lag flow that will inevitably be neglected in 2.5-D simulations. The global-local analysis technique practiced in this study can be used to analyze the intricate flow of resin through non-uniform media in affordable CPU times.

VARTM공정에서의 거시적 수지 유동의 Dual-Scale 분석

VARTM공정에서는 수지유동을 빠르게 하기 위해 투과촉진층이 사용되는데 투과촉진층과 섬유층 사이의 수지 속도차가 크다. VARTM제품은 길이에 비해서 두께가 얇으나 두 가지 다른 유통 매질 사이에 발생하는 lead-lag 유통을 관찰하기 위해서는 두께 방향을 고려한 3차원해석이 요구된다. 그런데 3차원 해석에 있어서 계산 시간이 문제가 된다. 일반 PC로 절점수가 많은 3차원 문제를 해석하려면 오랜 시간이 소요되므로 비실용적이다. 그래서 본 연구에서는 dual-scale 기법을 도입하여 전체 영역은 2.5차원으로 해석하고 주요한 관심 영역만을 3차원으로 해석하였다. 2.5차원 시뮬레이션만으로 예측하기 어려운 lead-lag 유동과 같은 특이한 유동 경향을 국부적인 3차인 해석을 통해서 발견학 수 있었다. 본 연구에서 개발된 global-local 해석기술은 일반 PC에서 적당한 계산 시간 내에 균일하지 않은 유동 매질 사이를 지나는 유동흐름의 특성 분석에 효과적으로 사용될 수 있다.