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Numerische Methoden zur Simulation des Pressvorgangs

Drei Computer Simulationen basierend auf der generalisierten Hele-Shaw Formulierung werden für Füllungs-Strömungen von Kavitäten bezüglich des Formpressverfahren entwickelt. Die Vorhersagen der Simulation werden beispielhaft mit experimentellen Füllungsmustern verglichen. Zwei der Simulationen basieren auf der Finite-Elemente-Methode. Das Netz, welches für die erste Simulation verwendet wird, bedeckt das gesamte Bauteil. Zeitweise wird das Netz verzogen, um sich an die Geometrie der Formmasse anzupassen. Die Simulation spiegelt die Geometrie der Formmasse genau wieder und bietet die Möglichkeit, die Position von Binde-Nähten vorherzusagen. Allerdings ist es schwierig das Modell derart zu erweitern, das es die Möglichkeit bietet, unebene Teile zu modellieren. Die zweite Simulation basiert auf dem Vorgehen der Kontroll-Volumen Methode. Im Rahmen dieses Verfahrens wird ein unveränderliches Netz benutzt, um die Tei-Geometrie zu modellieren. Ein skalarer Knoten Füllungs-Faktor wird verwendet, um die Geometrie der Formmasse während des Füllvorganges in der Kavität zu modellieren. Die Knoten Füllungs-Faktoren werden auch zur Annäherung der Null-Druck-Randbedingungen, die an den Fließfronten auftreten, verwendet. Als Drittes wird eine Simulation basierend auf der Randelementmethode entwickelt.

Die Randelementmethode ist ideal für die Modellierung von Newtonscher isothermer Füllung von Formhöhlungen für flache Teile geeignet, die anderenfalls eine komplizierte Gestalt gehabt hätten. Der Grund dafür ist, dass bei der Randelementmethode keine Notwendigkeit eines internen Netzes besteht. Weitere Vorteile der Randelementmethode sind, die außerordentliche Vereinfachung der Logistik der Simulation und die genauere Berechnung von Ableitungen höherer Ordnung. Vergleiche mit Experimenten zeigen, dass die Simulationen das nicht-isotherme Formfüllvorganges von nicht-Newtonschen dünnen Formmassen, wie SMC, genau vorhersagen. Die generalisierte Hele-Shaw Formulierung verursacht einige Fehler bei der Vorhersage von Füllungsvorgängen von dicken und mehrschichtigen Formmassen. Die Einfachheit der vorherrschenden Gleichungen bringt eine rechnerisch effiziente und einfach zu entwickelnde Simulation mit sich. Abschließend wurde eine rechteckig geformte Kavität verwendet, um Druckverteilungen in ebenen, ausweitenden Fließ-Experimenten zu messen und Druckverluste in den Ecken zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Druck-Profil für dünne Formmassen mit dem Hele-Shaw Modell übereinstimmt. Die Druckverteilung in dicken Formmassen verhält sich qualitativ gemäß der Tendenz eines kürzlich entwickelten Modells für Harzmatte [1].

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 Tim Osswald

Tim Osswald
Polymer Processing Group
University of Illinois

Informationen

Freie Schlagwörter: Pressen, Werkzeug Füllsimulation, Hele-Shaw Model, Kontroll Volumen Methode, Boundary Elementeter
Institut / Lehrstuhl: Department of Mechanical and Industrial Engineering University of Illinois
Sprache: Englisch
Fachgutachter: Prof. Dr. Charles L. Tucker (Betreuer), Prof. Dr. Jonathan Dantzig
Erscheinungsjahr: 1987
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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