شبیه سازی فرآیند تزریق رزین و طراحی بهینه قالب vartm، برای ساخت پوشش کامپوزیتی محافظ سونار شناور دریایی
چکیده
پوشش محافظ سونار کامپوزیتی بر روی کشتی های سطحی و زیر دریایی ساخته و استفاده می شود. این پوشش محافظ گنبدی شکل، جریانی آرام تولید و از آسیب ضربه به سونار جلو گیری می کند. پوشش محافظ سونار شناور دریایی همیشه از نظر ویژگی آکوستیکی و همچنین، استحکام لازم مورد توجه بوده است. در ایران نیز مانند کشور های پیشرفته جهان برای تولید سازه ای با این دو ویژگی به سراغ مواد کامپوزیتی به جای مواد فولادی رایج رفته اند. در این پژوهش چگونگی مدل سازی جریان رزین و پارامتر های موثر بر آن در فرآیند قالب گیری تزریق رزین تحت خلأ بررسی و تحلیل می شود. این فرآیند جهت ساخت سازه پوشش محافظ سونار کامپوزیتی انتخاب شده است. پُرشدن کامل قالب با آغشته سازی مناسب الیاف مسئله ای ضروری در قالب گیری تزریق رزین در خلأ می باشد. نتیجه نقص در آغشته سازی الیاف، قطعه معیوب و صرف هزینه اضافی است. به علت ناتوانی در شبیه سازی این فرآیند، تولید کنندگان بیشتر به استفاده از روش های سنتی دستی تمایل دارند. در روش های سنتی، به دلیل مصرف بالای رزین، آلودگی های ایجاد شده از طریق تبخیر رزین بالا بوده و استحکام محصول نهایی پایین می آید. بنابراین، شبیه سازی جریان رزین از میان الیاف، گامی مهم برای حصول اطمینان از فرآیند پر شدن قالب قبل از ژل(سفت) شدن رزین می باشد. به این منظور فرآیند تزریق رزین تحت خلأ، معادلات حاکم بر مدل سازی جریان رزین و پارامترهای مربوطه بررسی گردید. در این راستا، ابتدا تغییرات پارامتر های نفوذپذیری، تخلخل نسبت به فشار سه مدل الیاف شیشه توسط آزمایش اندازه گیری شده و نتایج حاصل در تحلیل های نرم افزاری مورد استفاده قرارگرفته است. در طی فرآیند vartm، تغییرات سرعت جبهه جریان نشان می دهد که مقدار ضخامت الیاف، تخلخل و نفوذپذیری ناحیه آغشته شده با گرادیان فشار تغییر می کند. تخلخل الیاف، با افزایش فشار کاهش می یابد که تحت تأثیر تراکم لایه های الیاف به صورت موضعی، با گرادیان فشار است. نفوذپذیری نسبت به فشار جریان و فشار تراکم تغییر می کند که با افزایش فشار جریان، میزان نفوذپذیری افزایش و با افزایش فشار تراکم نفوذپذیری کاهش می یابد. تأثیر فشار تراکم بر میزان نفوذپذیری بیشتر بوده و به طور کلی با افزایش فشار تراکم و فشار جریان، نفوذپذیری کاهش می یابد. فرآیند برای نمونه هایی ساده، توسط نرم افزار رایانه ای fluent شبیه سازی و جهت صحت سنجی نتایج نرم افزار با تست های عملی انجام گرفته، مقایسه گردیده است. این مقایسه نشان دهنده حدود 10 تا 20 درصد خطای شبیه سازی می باشد. خطای اندازه گیری پارامتر ها، در نظر نگرفتن تغییرات ضخامت طی شبیه سازی و خطای نرم افزار از جمله علت های خطا در شبیه سازی حدس زده می شود. در نهایت نیز با سعی و خطای نرم افزاری، استراتژی بهینه تزریق رزین مورد نیاز جهت ساخت پوشش محافظ سونار کامپوزیتی تعیین شده است.