Plastics_3_2015

w w w . p l a s t i c s . r u 25 ТЕМА НОМЕРА /НОУ-ХАУ В ПЕРЕРАБОТКЕ П Л А С Т И К С № 3 ( 1 4 3 ) 2 0 1 5 действия нагрузки. Такой подход не позво- ляет достичь максимальных показателей прочности и жесткости композита (рис. 1), которые можно обеспечить только за счет применения новых принципов проектиро- вания и изготовления изделий. Разработка решения Технологический центр облегченных композитов австрийской компании ENGEL Austria GmbH при сотрудничестве с Инсти- тутом технологий литья под давлением и автоматизации технологических процессов в Университете Иоганна Кеплера в Линце (Австрия) ведет активную работу по расши- рению возможностей применения волокон- ных композитов. За последние годы органи- зации разработали три программных модуля и интегрировали их в уже применяющиеся в отрасли технологические процессы, что позволило наладить производство изделий из армированных волокном термопластов, соответствующих индивидуальным запро- сам заказчиков. Исследования, включавшие в себя про- ведение множества экспериментов и тща- тельное моделирование, показали, что определенное сочетание органолистов и органолент способно значительно повы- сить функциональные свойства конечного изделия. Осталось лишь разработать автома- тизированные процессы выпуска структур из волоконных термопластов. Задача заключалась в создании универ- сальной технологии для оптимизированно- го проектирования и выпуска композитных деталей (рис. 2). В начале этапа проектиро- вания отдельного компонента с помощью алгоритмов оптимизации, реализованных в рамках модуля 1, определяются параметры ориентации волокна и распределения поли- мерного материала. Расчет этих показателей производится исходя из реальной трехмер- ной конструкции компонента. В модуле 2 применяются алгоритмы, уменьшающие сложность геометрической структуры. В результате их работы определяется набор ли- нейных заготовок, использование которых обеспечивает рассчитанное на предыдущем этапе расположение волокон и распределе- ние толщины полимерного слоя. Таким об- разом, за счет подхода, традиционно при- меняющегося в работе с органолистами, сложная структура преобразуется в набор простых в изготовлении плоских заготовок. В результате создаются необходимые усло- вия для организации эффективного произ- водственного процесса, управление которым осуществляется с помощью модуля 3. Алгоритмы оптимизации Целью оптимизации композитных струк- тур является максимальная жесткость конеч- ного компонента. Она достигается за счет по- следовательного использования двух методов. Первый алгоритм подразумевает адаптацию ориентации волокна на отдельных участках, что повышает общуюжесткость компонента, а второй обеспечивает оптимальное распре- деление полимерного материала. Ввиду их сходного эффекта и возможностинакопления результатов оба этих алгоритма могут приме- няться циклически. Оценкафункциональных характеристик производится с помощью ме- тода конечных элементов. Ориентация волокна оптимизируется на основе критерия, описанного Паулем Пе- дерсеном [3]. Этот процесс подразумевает ориентацию волокна вдоль главного вектора нагрузки до тех пор, пока параметры не пере- станут изменяться. Оптимизация распределения материала может осуществляться двумя методами. В рамках первого толщина участка структуры определяется с помощью градиентного под- хода, а второй использует оптимизацию топо- Рисунок 1. Сравнение модуля упругости композита, армированного однонаправленным волокном (слева), и материала со структурой волокна 0/+45/-45/90° Модуль упругости, тыс. МПа Компонент Рисунок 2. Модули, используемые для создания оптимизированных композитных компонентов Алгоритмы оптимизации Модуль 1 Конструкция Модуль 2 Алгоритмы проектирования Конструкция для производства Модуль 3 Оптимальное размещение заготовок Литьевое формование