Korean Journal of Rheology, Vol.4, No.2, 138-147, December, 1992
사출성형공정에서의 단섬유 배양예측에 관한 수치 해석
Numerical Prediction of Short Fiber Orientation in Injection Molding Processes
초록
사출성형충전공정에서 금형구조가 단섬유배향에 미치는 영향을 예측하기 위하여 수치모사 프로그램을 개발하였다. 유한 요소/관할 부피 방법에 의하여 복잡한 금형에서의 유동을 해석하고, 섬유와 섬유간의 상호작용을 고려한 섬유배향텐서 변화식을 이용하여 입자 추적법으로 섬유배향분포를 구하였다. 수치모사 결과, 금형 옅벽면과 내부 방해체의 주위에 있는 섬유들이 전단변형의 영향으로 그들 주위를 따라서 정렬되려는 경향을 보였다. 두 유동이 내부 방해체를 지나 접하면서 생성된 웰드라인을 따라서 단섬유들이 정렬되려는 경향을 나타내었다. 그리고 수축유동에서는 흐름방향으로 정렬되나 확장유동에서는 흐름방향에 수직으로 배열되려는 경향을 확인하였다. 위 아래 벽에 의한 전단변형의 영향으로 서로 다른 두 배향구조를 보여주는 skin-core 구조를 두께방향의 속도구배를 고려한 수치모사를 통하여 예측할 수 있었다. skin 구조에서는 섬유들이 흐름방향으로 정렬되고, core 구조에서는 흐름방향에 수직으로 배향되는 것을 확인하였으며 섬유상호계수값이 커질수록 임의배향화하는 경향을 보였다.
The computer simulation to predict the effect of mold geometry on the fiber orientation in the injection molding filling process has been developed. Finite element/control volume method was used to analyze the flows in the complex geometries and the particle tracing method was adopted to predict the fiber orientation distribution by using the equation of change for orientation tensor considering the interaction between fibers. As the results of numerical simulation, the fibers near the side walls and inserts tend to align along them due to shear effects. When two separate fluids join passing around inserts, the fibers near the weldlines tend to orient parallel to the flow. In addition, it was confirmed that the fibers in converging flow tend to align to the flow direction while the fibers in diverging flow are oriented perpendicular to the flow. The skin-core structure which indicates two different layers by the effect of the shear gradients caused by upper and lower walls could be predicted numerically by considering the velocity gradient through the gap width. It was confirmed that the fibers in the skin layer are oriented parallel to the flow and those in core layer are oriented perpendicular to the flow. As the fiber/fiber interaction coefficient increases, the fibers tend to be oriented in random distribution state.
Keywords:Fiber orientation;Injection molding process;Finite element/control volume method;Particle tracing method;Fiber/fiber interaction;Skin-core structure;Converging flow;Diverging flow
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