A szálorientáció figyelembevétele

GroupCreated using FigmaApril 4. 2018.
bg linesCreated using Figma
arrow downCreated using Figma

A mechanikai szimulációs vizsgálatok során sok esetben korlátozó tényező szálerősítésű termékeknél, hogy különböző terhelésekre a használt lineáris izotróp anyagmodell nem írja le valósághűen a termék válaszát, ugyanis a valós szálorientáció fröccsöntött termékeknél sok esetben pontról pontra változik, nemlineáris, anizotróp viselkedést mutat.

Ebben a kihívásban nyújt megoldást a Moldex3D Digimat-RP modulja, mely lehetővé teszi a fröccsöntésszimulációs eredmények felhasználását mechanikai vizsgálatoknál. A fröccsöntés során nyert szálorientációt a mechanikai vizsgálathoz készített végeselem hálóra tudjuk vetíteni (mappelni). Az egyes elemek egyedi anyagkártyát kapnak, melyeket az orientáció által meghatározott feszültség-nyúlás görbével ruházunk fel, így a termék deformációja során a valóságot jobban közelítő anyagjellemzőket tudunk használni.

A Moldex3D Digimat-RP segítségével az eredmények fényében a mérnökök már a fejlesztés korai szakaszában döntést tudnak hozni, szükség esetén módosítani a terméken. Ezáltal a termékfejlesztési idő csökken.

A szemléltető feladatban egy fröccsöntött, szálerősített lemezt terhelünk az Ansys Mechanikai modulja segítségével. A lemez közepén egy furatot helyezünk el, mely a fröccsöntés során a folyásirányt nagymértékben befolyásolja, és összecsapási frontot idéz elő a folyásút végén. A terhelés típusa egyirányú húzás, mely értékét úgy választjuk meg, hogy az alapanyag lineáris nyúlási tartományát meghaladjuk, és így szemléletesen nyomonkövethessük az anyagmodellekből származó különbségeket. A vizsgálathoz egy 30% üvegszáltartalmú PBT-t választottunk alapanyagként.

Elvégezzük a termék húzóvizsgálatát a polimer adatlapján szereplő lineáris anyagmodellel számolva, majd a Moldex3D fröccsöntésszimulációs szoftver segítségével elkészítjük a termék kitöltésének analízisét (1. ábra), mely eredményeként kapjuk a valós szálorientációt a termék minden egyes pontjában.

A  Digimat-MX adatbázisa a tartalmazza a legtöbb alapanyagcsalád  feszültség-nyúlás görbéjét a száliránnyal párhuzamosan és arra merőlegesen. A két irányultsághoz tartozó görbe alapján a szoftver interpolációval határozza meg a fröccsöntésszimuláció orientációs eredményeihez tartozó karakterisztikákat, melyeket egy automata algoritmus kapcsol a szilárdsági számításban.. A vizsgálat során a térben eltérő orientációnak megfelelően már nem homogén, hanem orientációfüggő viselkedést mutat a test.

A 2. ábrán látható a lineáris, izotróp anyagmodellel számolt termék nyúlása. A skála maximális értékét az alapanyag adatlapján is megtalálható maximális nyúlásértékhez állítottuk be. Az ábrán látható, hogy teljes mértékben szimmetrikusan nyúlik az anyag, valamint a tapasztalt legmagasabb nyúlásérték nagyjából fele az általunk definiált határértéknek.

A 3. ábrán az orientációt is figyelembe vevő feszültség-nyúlás tulajdonságokkal ruházzuk fel a termék egyes elemeit. A fröccsöntés a termék bal oldaláról történt, és összecsapási vonal keletkezett a jobb oldalon található legvékonyabb keresztmetszetnél. Szintén ennél a keresztmetszetnél látható nagymértékű megnyúlás, ami többszöröse a maximális nyúlási értéknek. Itt nagy valószínűséggel elszakad a test, elindul a tönkremenetel, mely már kisebb terheléseknél is tapasztalható. Mindemellett a termék nyúlási képe sem teljesen szimmetrikus, ami reprezentálja az ömledék folyása során kialakult orientációt.

A lineáris, izotróp anyagmodellel és a nemlineáris, anizotróp anyagmodellel végzett vizsgálatok eredményei mind minőségi, mind mennyiségi szempontból nagymértékű eltérést mutatnak. A minőségi termékfejlesztésben nem megengedhető a gyakran elhanyagolásként kezelt nemlineáris, anizotróp viselkedés nélkülözése.