Korean Journal of Rheology, Vol.5, No.2, 109-124, December, 1993
단섬유보강 플라스틱재료의 사출성형 충전공정 수치해석
Numerical Simulation of Injection Molding Filling Process of Short-Fiber-Reinforced Thermoplastics
초록
본 연구의 목표는 임의의 3차원 사출성형 금형 공간내에서 단섬유 강화 플라스틱의 충전 공정에서의 과도기적 섬유 방향성을 예측하는 수치 해석 프로그램의 개발에 있다. Hele-Shaw 방정식에 단섬유에 의해서 추가된 응력을 고려한 Dinh-Armstrong의 모델을 도입함으로써 새로운 충전 과정의 압력 지배 방정식이 유도되었다. 새로운 압력 지배 방정식은 단섬유에 의한 응력 때문에 몇개의 새로운 항들을 포함하고 있다. 충전 과정의 해석은 새로운 압력 지배 방정식과 에너지 방정식을 유한 효소법 과 유한 차분법을 이용하여 풀고 동시에 배향 텐서(orientation tensor)의 변화 방정식을 4차 Runge-Kutta 방법을 이용하여 풀었다. 단섬유 배향 텐서를 텐서의 변환 법칙을 이용하여 임의의 3차원 금형 공간내의 모든 유한 요소의 중심에서 두께 방향의 모든 유한 차분 격자를 따라 계산하였다. 이러한 방법으로 임의의 3차원 사출 성형 금형 공간내에서 비등온 충전 유동과 과도기적 3차원 섬유 배향 상태를 서로의 상호작용을 고려하여 수치 모사하여 다양한 유동 형태에 따른 단섬유 배향 상태의 변화에 대하여 알아보고자 한다. ,
The present study aims at the development of a numerical simulation program to predict a transient behavior of fiber orientations together with the mold filling simulation for short-fiber-reinforced thermoplastics in arbitrary three-dimensional injection mold cavities. Dinh-Armstrong Model including an additional stress due to the existence of fibers is incorporated into the Hele-Shaw equation to result in a new pressure equation governing the filling process. The mold filling simulation is performed by solving the new pressure equation and energy equation via the finite element/finite difference method as well as evolution equations for the second-order orientation tensor via the fourth-order Runge-Kutta method. The fiber orientation tensor is determined at every layer of each element across the thickness of molded parts with appropriate tensor transformations for arbitrary three-dimensional cavity space.
Keywords:Fiber orientation;injection molding;filling process;short-fiber-reinforced thermoplastics;numerical analysis
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