New approach for filling simulations of dual-scale preforms using BEM for the manufacturing of composites materials

• Published in: Revista Facultad de Ingeniería 2023-04 (107), p.66-79
• Main Author: Arcila, Iván David Patiño
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Capillary flow; Capillary pressure; Channels; Composite materials; Flow velocity; Liquid composite molding; Manufacturing; Permeability; Porous media; Preforms; Pressure dependence; Reynolds number; Simulation
• ISSN: 0120-6230; 2422-2844
• DOI: 10.17533/udea.redin.20220783

RESUMEN: Algunos refuerzos usados en la fabricación de piezas por Procesos de Moldeo Líquido (LCM) tienen una naturaleza de doble-escala, lo cual supone desbalances de flujo entre las mechas y canales a escala mesoscópica, lo cual a su vez, causa defectos no controlados (vacíos, puntos secos, entre otros) y puede afectar considerablemente el comportamiento global del flujo durante el llenado de cavidades a escala macroscópica. En el presente trabajo, un nuevo enfoque para llevar a cabo simulaciones de llenado de refuerzos fibrosos de doble escala a nivel mesoscópico es propuesto. Éste consiste en imponer un gradiente de presión a lo largo de la Celda Representativa Unitaria, y condiciones de acople Stokes-Darcy entre los subdominios porosos y de fluido libre para determinar el llenado de los primeros. Contrariamente al enfoque tradicional, donde una presión uniforme es asumida en los canales y sólo el fluido en los medios porosos es modelado, el presente enfoque permite considerar el movimiento de fluido en los canales, presión capilar dependiente de la orientación, compresión y disolución del aire, y presión de vacío, de igual manera que capturar diferentes fenómenos de la evolución de vacíos intra-mechas: compresión, movilización a volumen constante y migración desde las mechas hacia el canal. Los vectores de velocidad y líneas de corriente en los subdominios mechas y canal, cuando estos fenómenos tienen lugar, son analizados también.