مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

طراحی و ساخت دستگاه اندازه‌گیری هم‌زمان تراوایی درون صفحه و رفتار تراکمی بستر الیاف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
یکی از فرایندهای مورد توجه در ساخت سازه‌های کامپوزیتی بزرگ با اشکال پیچیده، روش تزریق رزین به کمک خلأ است. در این فرایند پیش شکل متشکل از پارچه‌های تقویت‌کننده درون قالبی که یک طرف آن صلب و طرف دیگر آن پلاستیک منعطف است، قرار داده می‌شود. سپس رزین به کمک خلأ از طریق نقاط ورودی به درون پیش شکل تزریق می‌شود به طوری که تمام نقاط بستر الیاف از رزین اشباع شوند. موفقیت این فرایند مستلزم آن است که تمام نقاط بستر خشک الیاف از رزین اشباع شوند و نقاط خشکی باقی نماند. برای شبیه‌سازی عددی فرایند تزریق رزین به کمک خلأ نیاز به تعیین دو مشخصه بستر الیاف مورد نظر به صورت آزمایشگاهی وجود دارد. یکی از این مشخصه‌ها تراوایی بستر الیاف در جهات مختلف است که در واقع بیانگر راحتی حرکت رزین در بستر الیاف در جهات مختلف است. تراوایی بستر الیاف علاوه بر نوع الیاف، نحوه بافت و نحوه قرار‌گیری پارچه‌ها بر روی هم، تابعی از کسر حجمی الیاف نیز می‌باشد. مشخصه دیگر، رفتار تراکمی بستر الیاف در جهت ضخامت است. در پژوهش حاضر یک دستگاه برای اندازه‌گیری هم‌زمان تراوایی و رفتار تراکمی بستر الیاف طراحی و ساخته شده است. همچنین تراوایی و رفتار تراکمی پیش شکل تخت متشکل از 9 لایه پارچه شیشه بافته شده با چگالی سطحی 400 گرم بر مترمربع اندازه‌گیری شده است. خروجی‌ها برای بستر الیاف مورد نظر شامل نمودارهای تراوایی اشباع بر حسب کسر حجمی الیاف و ضخامت بر حسب فشار تراکم است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and development of a test apparatus for concurrent measurement of in-plane permeability and compaction behavior of fiber beds

نویسندگان English

Mostafa Nasiri
Ali Abedian
Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The Vacuum Infusion (VI) process is an attractive method for manufacturing large composite structures with complex shapes. In this process, reinforcement fabrics are placed in a mold with one rigid and one flexible side. Resin is infused into the preform through inlet location (s) using a vacuum to ensure complete saturation of the fiber bed. After filling the mold and curing the laminate, the laminate is removed from the mold. Selecting appropriate resin inlet and outlet locations is crucial to prevent dry spots in the preform. Studying resin flow in the fiber bed using numerical simulations is vital for optimizing this parameter. Accurate numerical simulation of resin flow requires experimental characterization of the fiber bed's permeability and compaction behavior. Permeability, which indicates the ease of resin flow, varies in different fiber bed directions. In this study, a specially designed test apparatus measured both the permeability and compression behavior of the fiber bed simultaneously. The test was conducted on a flat preform composed of nine layers of 400 g/m² woven glass fabric. The results included two critical outputs: a graph showing permeability as a function of fiber volume fraction, and another graph illustrating fiber volume fraction relative to compression pressure. These findings can be used as inputs for the numerical simulation of resin flow in the selected flat preform.

کلیدواژه‌ها English

Permeability Measurement
Compaction Behavior of Fiber Bed
Vacuum Infusion Process
Saturated Permeability
[1] Correia NC, Robitaille F, Long AC, Rudd CD, Šimáček P, Advani SG. Analysis of the vacuum infusion moulding process: I. Analytical formulation. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2005 Dec 1;36(12):1645-56. doi: 10.1016/j.compositesa.2005.03.019
[2] Nasiri M, Abedian A. Influence of resin curing during mold filling on process‐induced residual stresses and deformations in ultra‐thick vacuum‐infused laminates: A multiphysics approach. Polymer Composites. 2025 Feb 26. doi: 10.1002/pc.29596
[3] Grofti Z, Croteau‐Labouly B, Boukhili R, Causse P, Belouettar S, Perrin H, Trochu F. Simultaneous characterization of preform expansion and permeability in vacuum assisted resin infusion. Polymer Composites. 2022 Jun;43(6):3560-73. doi: 10.1002/pc.26637
[4] Yalcinkaya MA, Sarioglu A, Sozer EM. A novel mold design for one-continuous permeability measurement of fiber preforms. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2015 Jun;34(11):915-30. doi: 10.1177/0731684415581630
[5] Arbter R, Béraud JM, Binetruy C, Bizet L, Bréard J, Comas-Cardona S, Demaria C, Endruweit A, Ermanni P, Gommer F, Hasanovic S. Experimental determination of the permeability of textiles: A benchmark exercise. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2011 Sep 1;42(9):1157-68. doi: 10.1016/j.compositesa.2011.04.021
[6] Vernet N, Ruiz E, Advani S, Alms JB, Aubert M, Barburski M, Barari B, Beraud JM, Berg DC, Correia N, Danzi M. Experimental determination of the permeability of engineering textiles: Benchmark II. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2014 Jun 1;61:172-84. doi: 10.1016/j.compositesa.2014.02.010
[7] May D, Aktas A, Advani SG, Berg DC, Endruweit A, Fauster E, Lomov SV, Long A, Mitschang P, Abaimov S, Abliz D. In-plane permeability characterization of engineering textiles based on radial flow experiments: A benchmark exercise. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019 Jun 1;121:100-14. doi: 10.1016/j.compositesa.2019.03.006
[8] Advani SG, Sozer EM. Process modeling in composites manufacturing. CRC press; 2002 Aug 28.
[9] Esfandiar M, Rahimi Asiabaraki H, Akbari M. Experimental investigation of plasma effect on mechanical properties and impact resistance of aluminum-glass epoxy composites. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2024 Dec 21;11(10):45-55. doi: 10.22034/ijme.2024.473465.1996 [In Persian]
[10] Danzi M, Schneeberger C, Ermanni P. A model for the time-dependent compaction response of woven fiber textiles. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018 Feb 1;105:180-8. doi: 0.1016/j.compositesa.2017.11.002
[11] Yalcinkaya MA, Caglar B, Sozer EM. Effect of permeability characterization at different boundary and flow conditions on vacuum infusion process modeling. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2017 Apr;36(7):491-504. doi: 10.1177/0731684416684211