Расчет ориентации коротких волокон на конечно-элементной модели, редуцированной алгоритмами топологической оптимизации конструкций
Автор: Куркин Евгений Игоревич, Лукьянов Олег Евгеньевич, Кишов Евгений Алексеевич
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 5 т.21, 2019 года.
Бесплатный доступ
В работе предложена методика расчета литья короткоармированных термопластичных материалов на элементах сетки топологической оптимизации, без использования трехмерных геометрических моделей. Выполнен расчет ориентации армирующих волокон на элементах сетки топологической оптимизации кронштейна. Проведено сопоставление результатов моделирования течения на напрямую импортированных сетках с результатами моделирования на синтезируемых по результатам топологической оптимизации трехмерных геометрических моделей. Показано, что разработанная методика позволяет существенно сократить время проектированного расчёта литья силовых конструкций. Представленная методика расчета задач гидродинамики на элементах сетки топологической оптимизации легко формализуема и может быть реализована в пакетном режиме на основе API интерфейсов систем, что дает возможность решать задачи гидродинамики и определения тензора армирующих волокон на внутренних итерациях цикла топологической оптимизации.
Композиционный материал, короткие волокна, литье, сетка, топологическая оптимизация
Короткий адрес: https://sciup.org/148312605
IDR: 148312605 | УДК: 678.027
Calculation of short fibers orientation on a finite element model reduced by algorithms for topological optimization of structures
The paper proposes a methodology for calculating the short-reinforced thermoplastic materials molding on elements of a topological optimization mesh, without the use of three-dimensional geometric models. The orientation of the reinforcing fibers on the mesh elements of the topological bracket optimization is calculated. The results of molding modeling on directly imported mesh are compared with the simulation results on the three-dimensional geometric models synthesized by the results of topological optimization. It is shown that the developed technique allows to significantly reduce the design calculation time for power structures molding. The presented methodology for calculating hydrodynamic problems on elements of topological optimization mesh is easily formalizable and can be implemented in batch mode based on API system interfaces, which makes it possible to solve the problems of hydrodynamics and determining the tensor of fiber orientation at internal iterations of the topological optimization cycle.
Список литературы Расчет ориентации коротких волокон на конечно-элементной модели, редуцированной алгоритмами топологической оптимизации конструкций
- Мэттьюз Ф., Роллингс Р. Мир материалов и технологий. Композиционные материалы. Механика и технология. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с.
- Tseng H.-C., Chang R.-Y., Hsu C.-H. Numerical predictions of fiber orientation and mechanical properties for injection-molded long-glass-fiber thermoplastic composites, Composites Science and Technology V. 150, 2017. P. 181-186.
- Jeffery G.B. The motion of ellipsoidal particles immersed in a viscous fluid //Proc. R. Soc. A Vol. 1022, 1922. P. 161-179.
- Folgar F., Tucker C.L. Orientation behavior of fibres in concentrated suspensions// Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 3. Is. 2. 1984, P. 98-119.
- Advani S.G., Tucker C.L. The Use of Tensors to Describe and Predict Fiber Orientation in Short Fiber Composites // Journal of Rheology. Vol. 31. 1987. P. 751 - 784.
- Eshelby J.D. The force on an elastic singularity //R. Soc. Lond. A. Vol. 244. 1951. P.87-112.
- Tandon G.P., Weng G.J. The effect of aspect ratio of inclusions on the elastic properties of unidirectionally aligned composites// Polymer Composites. Vol. 5. Is. 4, 1984. P. 327-333.
