Digitalisasi Dan Simulasi SMC Kinerja Tinggi Serat Karbon
Nov 18, 2024
Dalam pengolahan plastik yang diperkuat serat (FRP), informasi rinci tentang proses produksi sangat penting baik untuk proses maupun pengendalian kualitas. Hasilnya, peralatan pemrosesan saat ini dilengkapi dengan sistem sensor canggih untuk memantau berbagai parameter proses seperti suhu, tekanan, atau kecepatan pemrosesan.
Namun, sifat material lokal seperti komposisi resin/matriks, kandungan pori, kandungan serat, distribusi dan orientasi adalah yang paling penting untuk memperhitungkan karakteristik bagian akhir. Dalam makalah ini, plastik cetakan lembaran yang diperkuat serat karbon (C-SMe), sebuah komposit termoset, digunakan sebagai contoh untuk mengilustrasikan bagaimana informasi tentang orientasi serat lokal dapat dikumpulkan secara online selama proses produksi material untuk menghasilkan gambar digital semi. -produk jadi. Informasi dari gambar digital dapat digunakan untuk pengendalian proses dan penilaian kualitas secara real-time.
Selain itu, informasi tersebut dapat digunakan secara offline untuk menghasilkan data masukan model material dan simulasi proses manufaktur hilir, sehingga menghasilkan prediksi yang lebih akurat mengenai sifat mekanik suku cadang di masa depan.
Rantai proses C-SMC untuk produksi produk setengah jadi
Untuk membuat gambar digital produk setengah jadi C-SMC, orientasi serat perlu dicatat secara real time selama proses produksi. Leibniz-Institut für Verb undwerkstoffe GmbH (IVW) menggunakan sistem akuisisi gambar optik yang disebut pencitraan polarisasi untuk tujuan ini. Sistem ini menggunakan sifat polarisasi permukaan serat karbon untuk menghasilkan cahaya yang tidak terpolarisasi. Kamera polarisasi menangkap cahaya terpolarisasi yang dipantulkan dan kemudian mendigitalkannya untuk menafsirkan informasi orientasi serat dari data mentah.
Untuk memastikan denah lantai serat yang tersebar terlihat jelas, kamera polarisasi ditempatkan tepat di belakang mesin pemotong. Kamera kemudian menangkap gambar material di bidang pandang pada interval waktu yang ditentukan untuk membentuk tumpukan gambar. Gambar-gambar ini digabungkan untuk membentuk keseluruhan gambar gulungan setengah jadi yang berkesinambungan.
Data mentah yang ditangkap oleh kamera langsung diubah menjadi komponen gambar yang diinginkan, intensitas cahaya, derajat polarisasi linier (DOLP), dan Sudut polarisasi linier (AOP) melalui perangkat lunak evaluasi perangkat keras sistem. Selama proses digitalisasi, kombinasi komponen perangkat lunak yang berbeda menggunakan data gambar ini untuk mengekstrak informasi orientasi serat yang diinginkan.
Untuk menyederhanakan interpretasi, Gambar 2 menunjukkan proses ekstraksi data misalnya menggunakan sampel C-SMC yang sudah ditekan. Dengan menggunakan intensitas cahaya komponen gambar dan DOL P, semua area gambar yang tidak terpolarisasi atau memiliki cacat gambar dapat disamarkan, seperti piksel yang terlalu terang.
Pasca pemrosesan gambar digital. a) Citra digital dihasilkan dari data mentah (intensitas, DOLP,AOP) dengan tensor orientasi serat skala abu-abu. b) Mewarnai gambar digital untuk visualisasi yang lebih baik. c) Histogram untuk mengevaluasi anisotropi. d) Resolusi rasterisasi model FE menjadi dasar penentuan tensor orientasi serat. e) Visualisasi tensor orientasi serat
Hasilnya adalah gambar awal skala abu-abu a), yang menunjukkan sudut orientasi serat yang divisualisasikan pada bidang gambar. Pemetaan warna dapat diterapkan b) untuk meningkatkan analisis mata manusia, dan histogram dapat dihasilkan yang secara jelas menunjukkan orientasi serat dan anisotropi yang diinginkan
c).Jika gambar digital digunakan sebagai dasar perhitungan dan simulasi, informasi tentang sudut orientasi serat tidak mencukupi. Banyak model simulasi yang menggunakan tensor orientasi serat (FOT) sebagai dasar perhitungan orientasi serat. FOT adalah tensor orde kedua simetris yang menggambarkan distribusi probabilitas orientasi serat dalam volume kecil. Nilai eigen dan vektor eigen FOT dapat digunakan untuk menentukan orientasi serat utama.
Karena FOT adalah distribusi probabilitas, menentukan sudut orientasi serat dalam piksel gambar saja tidak cukup untuk menentukan tensor. Oleh karena itu, grid d) dibuat pada bidang gambar, dan FOT ditentukan dengan mengevaluasi piksel gambar di dalamnya. sel jaringan. Dalam e), FOT setiap sel grid dinyatakan sebagai ellipsoid. Dalam representasi ini, derajat keselarasan dan anisotropi dapat dinilai secara langsung pada titik mana pun pada permukaan pengukuran.
Tujuan utama dari pengambilan gambar digital berorientasi serat pada gulungan setengah jadi C-SMC adalah menggunakannya untuk menghasilkan informasi masukan untuk simulasi proses selanjutnya dari proses pencetakan kompresi (Gambar 3). Setelah melakukan proses digitalisasi, informasi FOT dapat diekstraksi kapan saja
lokasi untuk membuat tabel digital biaya SMC.
Ya. FOT dari masing-masing pemotongan muatan dapat diterapkan ke masing-masing elemen jaringan FE selama proses ini, atau informasinya dapat diterapkan ke seluruh jaringan FE sebagai rata-rata homogenisasi.
Hal ini tidak memerlukan pengembangan baru di bidang metode simulasi, karena banyak metode simulasi sudah menggunakan model makroskopis berdasarkan persamaan Folgar dan Tucker untuk menghitung evolusi orientasi serat, dan oleh karena itu menggunakan informasi FOT secara langsung.
Terakhir, hasil FOT dari simulasi pencetakan kompresi dapat diteruskan ke tahap berikutnya dari rantai proses digital, biasanya simulasi pembengkokan atau struktur. Hasilnya adalah rantai proses digital yang berkesinambungan berdasarkan data nyata yang tercatat dari produksi material.
