Effect of part thickness variation on the mold filling in vacuum infusion process

Abstract

Vakum İnfüzyonu (VI), büyük boyutlu kompozit parçaların imalatında yaygın olarak kullanılan bir üretim tekniğidir. Bu teknikte kullanılan vakum basıncı, elyafları sıkıştırır ve aynı zamanda da reçinenin akışını sağlar. Söz konusu imal usulü için basit bir model henüz geliştirilmemiştir. Mevcut modeller reçine akışını ve elyaf sıkışmasını birbiriyle etkileşimli olarak kullanmaktadır ve bu nedenle bazı zorlukları vardır. Bu karmaşık modellerin, daha basit bir modele göre ne kadar fark yarattığı açık değildir. Vakum İnfüzyonu'nda, üst kalıp plastik vakum torbası olduğundan, sıkıştırma basıncı kalıp içerisinde farklılık göstermektedir ve bu durum elyaf içerisinde kalınlık farklarına neden olmaktadır. Kalınlık değişiminin modele entegrasyonu zor bir işlemdir ve kalıp dolum süresi üzerindeki etkisi açık değildir. Bu tez çalışmasında, kalınlık değişiminin kalıp dolum süresi üzerindeki etkisi incelenerek, literatürdeki modellere alternatif olarak basitleştirilmiş bir model önerilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, VI kalıp dolum süresi RTM kalıp (kalınlığı sabit) dolum süresinden %13-17 kısa olarak gözlemlenmiştir. Önerilen model de aynı davranışı göstermektedir.

Vacuum infusion (VI) is a common composite molding process to manufacture large parts using vacuum pressure which compacts the fibers and drives the resin flow. A straightforward model has not been developed for the process and hence, current models for the mold filling require a coupled analysis of compaction and flow, and it is not so obvious if this tedious work is worth for the result which could have been calculated with less accuracy however with very simple approach. Due to the plastic vacuum bag in VI, compaction pressure varies within the mold which causes thickness variation in the part. Implementing the thickness variation to the modeling of the process is difficult and it is not clear whether the variation makes a significant difference in the mold filling results. In this study, the effect of the thickness variation was studied further; and a simple and useful model was proposed. Experiments and a model were compared to show if the thickness variation has a significant effect on the mold filling in VI. It was concluded that experimental mold filling time in VI is 13-17% shorter than in RTM (in which thickness is constant). Similar trend was also seen in the simplified coupled models of flow and compaction.