Anna Galińska

Modelowanie i kompensacja deformacji wyrobów z kompozytów węglowo-epoksydowych powstających w procesie ich wytwarzania

Streszczenie:

W czasie wytwarzania wyrobów z kompozytów włóknistych powstają deformacje względem zamierzonej geometrii, które są źródłem licznych problemów. Celem rozprawy doktorskiej jest skompensowanie za pomocą modyfikacji geometrii foremnika deformacji powstających w czasie wytwarzania wyrobów z preimpregnatów węglowo-epoksydowych utwardzanych w worku próżniowym (VBO). W związku z tym praca rozpoczęła się od wyszczególnienia na podstawie przeglądu literatury możliwych czynników, które mogą odpowiadać za powstawanie tych deformacji. Następnie zostały przeprowadzone eksperymenty pozwalające zbadać właściwości kompozytu w czasie utwardzania oraz mechanizmy, które wg literatury powodują powstawanie deformacji wyrobów kompozytowych. W celu skompensowania deformacji niezbędne było opracowanie wiarygodnej metody ich modelowania. Na podstawie przeglądu literatury, jako sposób modelowania deformacji została wybrana Metoda Elementów Skończonych (MES). Deformacje modelowane były w programie Ansys. W modelu zostały uwzględnione zbadane eksperymentalnie właściwości materiału kompozytowego oraz te mechanizmy, których występowanie w przypadku preimpregnatów VBO zostało potwierdzone eksperymentalnie. Do modelowania zostały wykorzystane 3 modele materiałowe najczęściej stosowane w literaturze: liniowo sprężysty, cure hardening linear elastic (CHILE) i lepkosprężysty. Za pomocą każdego z tych modeli zostały obliczone deformacje wyrobów kompozytowych o nierozwijalnej geometrii. Te same wyroby zostały wytworzone, a ich deformacje względem foremnika zmierzone za pomocą współrzędnościowej maszyny pomiarowej. Porównanie wyników obliczeń i pomiarów wykazało, że najprostszy z modeli materiałowych, liniowo sprężysty, pozwala osiągnąć dokładność modelowania deformacji zadowalającą z inżynierskiego punktu widzenia. W związku z tym wyniki uzyskane za pomocą tego modelu zostały wykorzystane w dalszej części pracy w celu przeprowadzenia kompensacji deformacji jednego z badanych wyrobów o nierozwijalnej geometrii. Dzięki temu powstała nowa geometria początkowa wyrobu, na podstawie której został wytworzony nowy foremnik. Na tym foremniku zostały wytworzone wyroby kompozytowe, których deformacje względem geometrii początkowej również zostały zmierzone za pomocą współrzędnościowej maszyny pomiarowej. Okazało się, że deformacje nowych wyrobów kompozytowych są o prawie 77% mniejsze od deformacji wyrobów, które nie zostały skompensowane.