Моделирование процессов 3D-печати композитной оснастки и трансферного формования сетчатых конструкций

Моделирование процессов 3D-печати композитной оснастки и трансферного формования сетчатых конструкций

Автор: Шабалин Л.П., Пузырецкий Е.А., Халиулин В.И., Батраков В.В.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 1, 2023 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается методика получения цифрового паспорта материала и разработки цифрового двойника изделия на различных этапах его изготовления. Объектом исследования является коническая сетчатая структура. Предмет исследования - процессы, происходящие в изделии на этапах изготовления. В работе были рассмотрены следующие основные этапы создания сетчатой конструкции: 3D-печать заготовки оснастки изделия, выкладка углеродного однонаправленного материала, нагрев и пропитка преформы связующим, полимеризация связующего и коробление геометрии изделия. Описан алгоритм определения свойств материалов и их калибровки с использованием современных программно-аппаратных средств и универсальных оснасток. Моделирование процесса 3D-печати оснастки производилось в программном комплексе Ansys. Поэтапное технологическое моделирование процесса трансферного формования производилось в программном комплексе ESI PAM-COMPOSITE. Результатом моделирования являются технологические параметры изготовления и геометрия формообразующей оснастки с упреждением на коробление.

Еще

Аддитивные технологии, композиционный материал, цифровой паспорт материала, цифровой двойник изделия, трансферное формование, сетчатая конструкция, коробление

Короткий адрес: https://sciup.org/146282648

IDR: 146282648   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2023.1.15

Список литературы Моделирование процессов 3D-печати композитной оснастки и трансферного формования сетчатых конструкций

  • Закиров И.М., Алексеев Н.К., Алексеев К.А. К вопросу об упрощении методики моделирования складчатых структур // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. -2020. - № 2. - С. 143-146.
  • Разработка методики расчёта напряжённо-деформированного состояния, оптимизации и экспериментального исследования гибридной конструкции композит-металлической лопасти тягового винта / Л.П. Шабалин, Д.В. Савинов, Е.А. Пузырецкий, И.В. Марескин // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2022. - № 2. - С. 35-42.
  • Numerical simulation on void formation and migration using Stokes-Brinkman coupling with effective dual-scale fibrous porous media / J. Lu, S.B. Lee, T.S. Lundstrom, W.R. Hwang // Composites Part A Applied Science and Manufacturing. - 2022. -Vol. 152 (12).
  • Wilkinson Simon L. Optimisation of the stamp forming process for thermoplastic composites: A dissertation submitted to the University of Bristol in accordance with the requirements for award of the degree of Doctor of Engineering in the Faculty of Aerospace Engineering. - 2021.
  • Effect of processing conditions on the bonding quality of FDM polymer filaments / Q. Sun, G.M. Rizvi, C.T. Bellehumeur, P. Gu // Rapid Prototyping. - 2008. - Vol. 14(2). - P. 72-80. DOI: 10.1108/13552540810862028
  • Characterizing the effect of additives to ABS on the mechanical property anisotropy of specimens fabricated by material extrusion 3D printing / A.R. Torrado, C.M. Shemelya, J.D. English, Y. Lin, R.B. Wicker, D.A. Roberson // Additive Manufacturing. - 2015. - Vol. 6. - P. 16-29. DOI: 10.1016/j.addma.2015.02.001
  • Goh G.D., Yap Y.L., Yeong W.Y. Recent progress in additive manufacturing of fiber-reinforced polymer composite // Advanced Materials Technologies. - 2019. - Vol. 4, iss. 1. - P. 22. DOI: 10.1002/admt.201800271
  • 3D printing of polymer matrix composites: a review and prospective / X. Wang [et al.] // Composites Part B Engineering. -2017. - P. 442-458. DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.11.034
  • 3D printing for continuous fiber-reinforced thermoplastic composites: mechanism and performance / C. Yang [et al.] // Rapid Prototyping. - 2017. - Vol. 23, iss. 1. - P. 209-215.
  • Kabir S.M.F., Mathur K., Seyam A-F.M. A critical review on 3D printed continuous fiber-reinforced composites: History, mechanism, materials and properties // Composite Structures. -2020. - Vol. 232. - P. 24. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.111476
  • Patent № 20160318248 A1 (US). Int. Cl. B25J 5/04. Additive manufacturing apparatus / Kenneth J. Susnjara, Brian Scott SMIDDY; Thermwood Corp. - Appl. No.: 14/701,631; Filed: May 16, 2015; Date of Patent: Jul. 25, 2017.
  • Mechanical analysis of parameter variations in large-scale extrusion additive manufacturing of thermoplastic composites [Электронный документ] / N. Tagscherer, A. Marcel Bar, S. Zaremba, K. Drechsler // Journal of Manufacturing and Materials Processing. - 2022. - Vol. 6 (2), no. 36. - URL: https://www.mdpi.com/2504-4494/6/2/36. (дата обращения: 29.11.2022).
  • Халиулин В.И., Шапаев И.И. Технология производства композитных изделий: учебное пособие. - Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2003. - 328 с.
  • Totaro G., De Nicola F. Recent advance on design and manufacturing of composite anisogrid structures for space launchers // Acta Astronautica. - 2012. - Vol. 81, no. 2. - P. 570-571. DOI: 10.1016/j.actaastro.2012.07.012
  • Vasiliev V.V., Razin A.F. Optimal design of filament-wound anisogrid composite lattice structures // Proceedings of the 16th annual technical conference of American society for composites. - Blacksburg USA. - 2001.
  • Vasiliev V.V., Barynin V.A., Razin A.F. Anisogrid composite lattice structures - Development and aerospace applications // Composite Structures. - 2012. - Vol. 94, no. 3. - P. 11171127. DOI: 10.1016/j.compstruct.2011.10.023
  • Manufacture of high performance isogrid structure by Robotic Filament Winding / L. Sorrentino, M. Marchetti, C. Bellini, A. Delfini, F. Del Sette // Composite Structures. - 2017. -Vol. 164. - P. 43-50. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.12.061
  • Hide details. Composite grid structure technology for space applications / G. Giusto, G. Totaro, P. Spena, F. De Nicola, F. Di Caprio, A. Zallo, A. Grilli, V. Mancini, S. Kiryenko, S. Das, S. Mespoulet // Materials Today: Proceedings. - 2020. - Vol. 34. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.754
  • Highly efficient CFRP anisogrid lattice structures for central tubes of medium-class satellites: Design, manufacturing, and performance / G. Totaro, P. Spena, G. Giusto, F. De Nicola, S. Kiryenko, S. Das // Composite Structures. - 2021. - Vol. 258. DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.113368
  • Totaro G., Gurdal Z. Optimal design of composite lattice shell structures for aerospace applications // Aerospace Science and Technology. - 2009. - Vol. 13, iss. 4-5. DOI: 10.1016/j.ast.2008.09.001
  • Totaro G. Flexural, torsional, and axial global stiffness properties of anisogrid lattice conical shells in composite material // Composite Structures. - 2016. - Vol. 153. - P. 738-745. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.06.072
  • Totaro G. Local buckling modelling of isogrid and anisogrid lattice cylindrical shells with triangular cells // Composite Structures. - 2012. - Vol. 94, iss. 2. - P. 446-452. DOI: 10.1016/j.compstruct.2011.08.002
  • Totaro G., De Nicola F., Caramuta P. Local buckling modelling of anisogrid lattice structures with hexagonal cells: An experimental verification // Composite Structures. - 2013. -Vol. 106. - P. 734-741. DOI:10.1016/j.compstruct.2013.07.031
  • Totaro G. Optimal design concepts for flat isogrid and anisogrid lattice panels longitudinally compressed // Composite Structures. - 2015. - Vol. 129. - P. 101-110. DOI: 10.1016/j.compstruct.2015.03.067
  • Васильев В.В. Оптимальное проектирование композитной сетчатой цилиндрической оболочки, нагруженной внешним давлением // Изв. РАН. Механика твердого тела. -2020. - № 3. - С. 5-11. DOI: 10.31857/S0572329920030162
  • Расчетно-экспериментальное исследование прочности сетчатых композитных конструкций фюзеляжа / В.В. Васильев [и др.] // Прочность конструкций летательных аппаратов: сборник статей научно-технической конференции. -2017. - Вып. 2764. - С. 75-82.
  • Исследование сопротивления композитных сетчатых конструкций ударному повреждению / А.А. Бабичев [и др.] // Конструкции из композиционных материалов. - 2021. -№ 3 (163). - С. 3-6. DOI: 10.52190/2073-2562_2021_3_3
  • Continuous measurement of fiber reinforcement permeability in the thickness direction: Experimental technique and validation / P. Ouagne, T. Ouahbi, C.H. Park, J. Breard, S. Abdelghani // Composites: Part B. - 2013. - Vol. 45. - Р. 609-618. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.06.007
  • ГОСТ Р 56754-2015. Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). Часть 4. Определение удельной теплоемкости. - М., 2015.
  • Официальный сайт ESI Visual Environment: [Электронный ресурс]. - URL: https://www.esi.com.au/
  • Анализ параметров трещиностойкости на свободной границе вслоистых композитах / Д.А. Бондарчук, Б.Н. Феду-лов, А.Н. Федоренко, Е.В. Ломакин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2020. - № 4. - С. 49-59. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.05
  • Анализ остаточных напряжений в слоистых композитах на примере симметричной схемы армирования [0°/90°] / Д.А. Бондарчук, Б.Н. Федулов, А.Н. Федоренко, Е.В. Ломакин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2019. - № 3. -С. 17-26. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.3.02
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp