Wyrównywanie włókien

Inny kierunek badań związanych z poszukiwaniem sprzężonych symulacji wypełniania formy oraz analiz strukturalnych został zapoczątkowany przez BASF Corp. Eksperci od tworzyw sztucznych z tej firmy opracowali własną metodę przewidywania orientacji włókien na podstawie grubości wzmacnianych części z tworzyw termoplastycznych, a następnie przełożyli tę szczegółową informację o orientacji na komercyjne kody analizy strukturalnej – aktualnie Abaqus lub LS-DYNA.

Wynikowe analizy strukturalne mogą wówczas wykorzystać szczegółowe informacje o orientacji podczas przewidywania kształtu wypaczeń i mechanicznego zachowania anizotropowych części. Metoda obejmuje również narzędzia przenoszenia danych, które ułatwiają przeprowadzanie nieliniowych symulacji wzmocnionych części – takich jak te odzwierciedlające duże ugięcia lub duże wielkości odkształceń.

Podstawą nowej metody jest własne oprogramowanie nazwane FIBER. Jim McGuire, główny inżynier CAE w BASF, wyjaśnia, że oprogramowanie tworzy wyniki w oparciu o rezultaty standardowej symulacji Moldflow, która oferuje własną funkcję orientowania włókien. FIBER jednake udoskonala wyniki Moldflow własnym, stworzonym przez BASF, modelem anizotropowego materiału.

Model ten wyjaśnia właściwości niejednorodnego materiału wywołane miejscowymi różnicami orientacji włókien w całym przekroju części. Według Stefana Glasera, dyrektora inżynierii zastosowań strukturalnych w BASF, taka lokalna orientacja może wynikać z kilku źródeł, m.in. z przepływu burzliwego przy dyszy wtryskowej lub rozciągnięcia formy pod naciskiem czoła wpływającej masy (patrz rysunek).

W przeszłości w analizie strukturalnej wzmocnionych części plastikowych opierano obliczenia na założeniu, że części mają właściwości izotropowe. Do objaśnienia uwzględniającego fakt częściowej anizotropowości elementów analitycy CAE na ogół zmniejszają wartości ich sztywności do ok. 75% sztywności oczekiwanej od części izotropowych. Glaser mówi, że takie podejście dostarcza przewidywań wartości sztywności, które o 25% odbiegają w górę lub w dół, w zależności od obciążenia włókien i geometrii części. Ze względu na taką niedokładność inżynierowie muszą przyjmować większe współczynniki bezpieczeństwa w projektowanych przez nich wzmocnionych częściach. Glaser widział nawet przypadki, gdy analiza skutkowała zwiększeniem strukturalnych części tak, że ważyły o 30% więcej, niż powinny.

Gdy tylko FIBER obliczy wpływ orientacji w różnych warstwach części – z określoną przez użytkownika liczbą warstw – stworzy wejściowy pomost dla kodu analiz strukturalnych. Glaser zauważa, że przenoszenie danych ma charakter czysto  geometryczny, dane mogą więc być stosowane w różnych siatkach. Dlatego, mimo że FIBER nie sprzęga analizy wypełniania i analizy strukturalnej w jednym środowisku analitycznym, mapuje siatkę z oprogramowania wypełniającego do siatki wykorzystywanej przez oprogramowanie analizy strukturalnej.

^{EFEKT PRZEPŁYWU podczas wtrysku w procesie formowania powoduje wzrost tendencji do układania się włókien w różnych kierunkach, tworząc materiał o anizotropowych właściwościach, który trudno będzie symulować}