Διερεύνηση της υποστήριξης με λογισμικό κατασκευής πτερυγίου υδροστροβίλου Francis απο πολύστρωτα σύνθετα υλικά με τεχνική Vacuum Infusion.

Abstract

Η παρούσα διπλωματική ασχολείται με τη κατασκευή πτερυγίου υδροστροβίλου Francis από σύνθετα πολύστρωτα υλικά. Η κατεργασία που μελετάται είναι η Vacuum Infusion όπου στεγνά υφάσματα (εδώ υαλονήματα) τοποθετούνται σε καλούπι και εφαρμόζεται κατάλληλα στεγανή σακούλα υποπίεσης με το απαραίτητο κύκλωμα ροής. Η σακούλα εξασφαλίζει τις συνθήκες ροής και συμπιέζει το πολύστρωτο μέχρι το πλήρες cure της ρητίνης. Η εργασία αποτελείται από τα τμήματα τη σχεδίασης του καλουπιού μέσω του CAD λογισμικού Solidworks, την κατεργασία του καλουπιού σε CNC τριαξονικό κέντρο κατεργασιών με Gcode που αναπτύχθηκε με το λογισμικό CAM Solidcam και τέλος την προσομοίωση της ροής της ρητίνης κατά τη διαβροχή των υφασμάτων για την κατασκευή του πτερυγίου με το CAE λογισμικό COMSOL. Στις εφαρμογές σύνθετων υλικών υψηλού επιπέδου το μεγαλύτερο ποσοστό των υλικών αποτελούνται από προεμποτισμένα υφάσματα τα οποία μορφοποιούνται σε φούρνο πίεσης ή μη. Λόγοι συμπίεσης του κόστους οδήγησαν τους κατασκευαστές και τα ερευνητικά ιδρύματα στην εξέλιξη άλλων μεθόδων κατεργασίας των σύνθετων υλικών. Οι κατεργασίες υγρής ρητίνης (LCM) κατέχουν τη μερίδα του λέοντος στην ερευνητική διαδικασία και οι τελευταίες εξελίξεις δείχνουν σαφή βελτίωση της ποιότητας και των μηχανικών ιδιοτήτων τους ενώ συγχρόνως ο χρόνος ροής και τελικά μορφοποίησης περιορίζεται συνεχώς. Ένα από τα σημαντικότερα εργαλεία για τη βελτίωση των ιδιοτήτων και μείωση του χρόνου μορφοποίησης των σύνθετων που παράγονται με LCM μεθόδους είναι η προσομοίωση της διαδικασίας παραγωγής (στην παρούσα εργασία Vacuum Infusion). Για την προσομοίωση απαιτούνται λογισμικά αριθμητικής ανάλυσης που κάνουν χρήση μεθόδων πεπερασμένων στοιχείων και όγκων. Οι τάσεις στην ερευνητική κοινότητα είναι δύο, η ανάπτυξη εκ του μηδενός κώδικα προσομοίωσης του εμποτισμού των υφασμάτων ή η προσαρμογή ήδη αναπτυγμένων εργαλείων για να εξυπηρετήσουν τις νέες ανάγκες. Η παρούσα εργασία χρησιμοποιεί το λογισμικό COMSOL και την ικανότητα του να λύνει τροφοδοτούμενες από το χρήστη μη γραμμικές ΜΔΕ, για να διερευνήσει την προσομοίωση της ροής της ρητίνης στο πολύστρωτο του πτερυγίου. Το μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιείται αποτελείται από μία μη γραμμική ΜΔΕ που διέπει τη ροή και η οποία βασίζεται σε ανάλογα μοντέλα του τομέα της εδαφομηχανικής.

Vacuum infusion technic is used in order to manufacture a Francis turbine blade of multilayer composite materials. CAD software is used to design the mold and CAM software to generate the G code of the mold. The mold has been manufactured in a 3-axis machine center. CAE software is used to invstigate the resin flow in the fabrics stack-up during imregnation.