본 연구에서 복합재료 구조 설계를 위한 수지 이송 성형 공법의 수지 침투 유동 해석을 수행하였다. 대상 복합재료 구조물은 유체 저장 탱크 구조물이다. 유체 저장 탱크 복합재료 구조물 설계를 위해 자연 섬유 복합재료가 적용되었다. 자연섬유 복합재 구조의 제작을 위해 수지 이송 성형 공법을 채택하였다. 탱크의 적절한 RTM 조건을 도출하기 위하여 수지 침투 유동 해석을 수행하였다. 수지 유동 해석은 상용 유한 요소 해석 시뮬레이션 프로그램을 활용하여 수행하였다. 수지 주입구와 배출구의 다양한 변경에 따른 반복적 해석을 수행하여 최적의 수지 주입 시간과 위치를 결정하였다.
Liquid molding processes, such as resin transfer molding, involve resin flow through a porous medium inside a mold cavity. Numerical analysis of resin flow and mold filling is a very useful means for optimization of the manufacturing process. However, the numerical analysis is quite time consuming and requires a great deal of effort, since a separate numerical calculation is needed for every set of material properties, part size and injection conditions. The efforts can be appreciably reduced if similarity solutions are used instead of repeated numerical calculations. In this study, the similarity relations for pressure, resin velocity and flow front propagation are proposed to correlate another desired case from the already obtained numerical result. In other words, the model gives a correlation of flow induced variables between two different cases. The model was verified by comparing results obtained by the similarity relation and by independent numerical simulation.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제4권1호
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pp.9-12
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2017
In this study, an investigation on mechanical properties of flax natural fiber composite is performed as a precedent study on the design of eco-friendly structure using flax natural fiber composite. The Vacuum Assisted Resin Transfer Molding-Light (VARTML) manufacturing method is adopted for manufacturing the flax fiber composite panel. The VARTML is a manufacturing process that the resin is injected into the dry layered-up fibers enclosed by a rigid mold tool under vacuum. In this work, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method is performed. A series of flax composite panels are manufactured, and several kinds of specimens cut out from the panels are tested to obtain mechanical performance data. Based on this, structural design of chemical storage tank for agricultural vehicle was performed using flax/vinyl ester. After structural design and analysis, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method was performed.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제1권1호
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pp.21-28
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2014
In this study, an investigation on mechanical properties of flax natural fiber composite is performed as a precedent study on the design of eco-friendly structure using flax natural fiber composite. The Vacuum Assisted Resin Transfer Molding-Light (VARTML) manufacturing method is adopted for manufacturing the flax fiber composite panel. The VARTML is a manufacturing process that the resin is injected into the dry layered -up fibers enclosed by a rigid mold tool under vacuum. In this work, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method is performed. A series of flax composite panels are manufactured, and several kinds of specimens cut out from the panels are tested to obtain mechanical performance data. Based on this, structural design of chemical storage tank for agricultural vehicle was performed using flax/vinyl ester. After structural design and analysis, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method was performed.
VaRI(Vacuum assisted Resin Infusion) 공정은 공정비용이 저렴하며, 크기가 큰 복합재 제작에 적합한 OoA(Out of Autoclave) 공정이다. VaRI 공정에서는 원할한 수지 주입을 위해 섬유 상단에 유로망을 적층한다. 수지는 이 유로망을 따라 섬유의 면 방향으로 빠르게 공급되고, 공급된 수지는 다시 섬유의 두께방향으로 함침된다. 면방향의 유동과 두께방향의 유동이 동시에 일어나기 때문에 수지의 유동을 예측하기 힘들며, 수지 주입과정을 예측하기 위해 3D 수치해석 프로그램이 사용되고 있다. 하지만, 3D로 해석하기 위해서 섬유와 유로망의 두께방향에 많은 Element가 필요하고, 이로 인해 제품의 크기가 클수록 해석시간이 오래 걸린다. 따라서 본 연구에서는 3D 유동해석을 2D 해석으로 간소화하여 유동해석에 소요되는 시간을 줄이는 방법을 제시하였다. 3D 유동해석과 간소화된 2D 유동해석을 동일조건에서 비교하여 효용성을 검증하였고, 충진시간 오차율은 약 7%, 유동해석시간 감소율은 약 95%로 나타났다. 또한 3D 해석에서 섬유 상, 중, 하단 간의 유동 전진 거리의 차이가 일정하다는 것을 활용하여 간소화된 2D 유동해석에서도 상, 중, 하단의 유동 전진 거리를 예측할 수 있었다.
A Stereolithography technology is based on stacking of sliced layer from STL file that is converted from 3-dimensional CAD data. A microstereolithography technology is evolved from conventional stereolithography to fabricate microstructures. In this technology, we have to consider influence of resin flow to make refresh surface. To generate new resin surface, stage has to be moved downward deeply and upward to desired position. At this time, resin flow affects to refresh surface of resin. And resin viscosity is the key factor in simulation of resin flow. By setting optimal refresh time for resin surface, total fabrication time is reduced and there is no damage to fabricated layers. In this research, we simulate resin flow using CFD software and derive optimal stage moving time and dwelling time.
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.
The existing compressor steel seal used in automotive air-conditioner has the problem of oil leakage and the deterioration in shielding performance, due to the abrasion and the corrosion of the material. A new type of polymer resin seal is studied in the research. The polymer resin seal has the characteristics of high anti-abrasiveness and anti-corrosiveness, which can overcome the deflects of the steel seal. In addition, the seal needs lower manufacturing cost and is appropriate to mass production, because it is made by the injection molding method requiring no mechanical processing. The profile generation program for seal mold has been developed using the gradient method, and the molding characteristics of the seal have analyzed through the flow analysis and the warpage analysis. The program has been verified by comparing the analysis results with the measured data of the test product. The research might be said to provide the basic method to produce the polymer resin seals with various types and dimensions.
When the preform is composed of more than two layers with different in-plane permeability in resin transfer molding, effective average permeability should be determined for the flow analysis in the mold. The most frequently used averaging scheme is the weighted average scheme, but it does not account for the transverse flow between adjacent layers. A new averaging scheme is proposed predicting the effective permeability of the multi-layered preform, which accounts for the transverse flow effect. The new scheme is verified by measuring the effective permeability of the multi-layered preforms and the difference in each flow front position.
Resin transfer molding (RTM) is one of the most popular processes for producing fiber reinforced polymer composites. In the manufacture of complex thick composite structures, analysis on flow front advancement on the resin impregnating the multi-layered fiber preform is helpful for the optimization of the process. In this study, three-dimensional mold filling simulation of RTM is carried out by using CVFEM (Control Volume Finite Element Method). On the assumption of isothermal flow of Newtonian fluid, Darcy’s law and continuity equation are used as governing equations. Different permeability tensors employed in each layer are obtained by experiments. Numerically predicted flow front is compared with experimental one in order to validate the numerical results. Flow simulations are conducted in the two mold geometries, rectangular plate and hollow cylinder. Permeability tensor of each layer preform in Cartesian coordinate system is transformed to cylinder coordinates system so that the flow within the multi-layered preforms of the hollow cylinder can be calculated exactly. Our emphasis is on the three dimensional flow analysis for circular three-dimensional braided preform, which shows outstanding mechanical properties such as high impact strength and toughness compared with other conventional two-dimensional laminar-structured preforms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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