شبیه سازی و بهینه سازی چرخه دمایی پخت قطعه کامپوزیتی پیش آغشته گرماسخت با ضخامت متغیر

در این کار پژوهشی با شناخت عوامل موثر بر کارایی قطعه و علل بروز تنش های باقی مانده، روند طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی چرخه دمایی پخت یک نوع پیش آغشته تجاری اپوکسی/ شیشه به گونه ای سامان داده شد که پخت در مسیری درست پیش رفت و نتیجه نهایی رضایت بخش گردید. چگالی، ظرفیت گرمای ویژه و ضریب هدایت گرمایی پیش آغشته به ترتیب توسط آزمون های تعیین چگالی به روش ارشمیدس، dsc و modulated dsc و روش استاندارد nasa اندازه گیری شدند. یکی از عوامل موثر بر کارایی، سینتیک پخت رزین است که تعیین آن مستلزم ارائه روشی مناسب و فراگیر به منظور تعیین پارامتر های سینتیکی و نهایتاً پیش بینی دقیق گرمای واکنش آزاد شده در هر لحظه از واکنش پخت است. به این منظور آزمون های dsc در سرعت های گرمادهی 5/2، 5/3، 5/4 و oc/min5 انجام گرفت و پارامترهای سینتیکی به کمک سه روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته، روش sbirrazzuoli و روش متداول بر پایه مدل نظیر مدل sourour & kamal محاسبه گردید. نتایج حاصل از پیش بینی توسط هر یک از روش ها معلوم داشت که روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته از توان پیش بینی دقیق تری در هر دو شرایط هم دما و غیر هم دما برخوردار است. دیگر عوامل موثر بر کارایی قطعه پخت شده عبارتند از درجه تبدیل نهایی پخت، حداکثر دما در قطعه در طول واکنش، گرادیان دما، گرادیان درجه تبدیل و بالاخره جبهه پخت در داخل قطعه. کلیه این عوامل به شکل کمی تعریف و محاسبه شدند و برای تعیین چرخه پخت بهینه پیش آغشته اپوکسی/ شیشه مورد استفاده قرار گرفتند. این در حالی بود که، زمان پخت نیز کمینه گردید و به این ترتیب کارایی و هزینه هر دو در تعیین چرخه پخت بهینه لحاظ شدند. شبیه سازی و بهینه سازی به ترتیب به کمک نرم افزارهای abaqus و matlab انجام گردید. جهت اتصال این دو نرم افزار برنامه های واسطه به زبان fortran نوشته شدند. چرخه پخت بهینه برای قطعه بی نهایت نازک ، نازک مسطح (تا ضخامت mm6)، ضخیم مسطح (به ضخامت cm2)، خیلی ضخیم مسطح (به ضخامت cm8)، خیلی ضخیم انحنادار به ضخامت cm8 و بالاخره نازل موشک که از شکل هندسی پیچیده و ضخامت متغیر برخوردار است تعیین گردید. نتایج نشان داد که روش سینتیکی برگزیده بر چرخه پخت دمایی بهینه محاسبه شده تأثیرگذار است. همچنین معلوم شد که تا ضخامت mm6 گرادیان دما و درجه تبدیل در داخل قطعه وجود ندارد. اثر تراوش رزین و تغییر ضخامت ناشی از فشار فرایند بر چرخه پخت بررسی گردید و دیده شد که تحت این شرایط دست یافتن به چرخه پخت بهینه مقدور نیست. همگن بودن خواص فیزیکی- گرمایی در صفحه پیش آغشته موجب شد که چرخه پخت بهینه حاصل از تحلیل دو بعدی و سه بعدی یکسان گردند. چرخه های پخت بهینه به دست آمده تنها شامل مراحل غیر هم دما بودند و نسبت به شرایط پخت دما ثابت، گرادیان های دمایی و درجه پخت کمتری را در قطعه بر جای گذاشتند.