De Lumè, Antonello (2013) Implementazione in MATLAB di un codice per la simulazione numerica del processo RTM. [Tesi di dottorato]

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Item Type: Tesi di dottorato
Lingua: Italiano
Title: Implementazione in MATLAB di un codice per la simulazione numerica del processo RTM
Creators:
CreatorsEmail
De Lumè, Antonelloantonello.delume@unina.it
Date: 2 April 2013
Number of Pages: 139
Institution: Università degli Studi di Napoli Federico II
Department: Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale
Scuola di dottorato: Ingegneria industriale
Dottorato: Tecnologie e sistemi di produzione
Ciclo di dottorato: 25
Coordinatore del Corso di dottorato:
nomeemail
Carrino, Luigiluigi.carrino@unina.it
Tutor:
nomeemail
Langella, Antonioantgella@unina.it
Date: 2 April 2013
Number of Pages: 139
Uncontrolled Keywords: RTM INFUSION
Settori scientifico-disciplinari del MIUR: Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/22 - Scienza e tecnologia dei materiali
Date Deposited: 03 Apr 2013 15:40
Last Modified: 17 Jun 2014 06:04
URI: http://www.fedoa.unina.it/id/eprint/9401

Abstract

L’impiego della tecnologia RTM è in forte crescita e rappresenta una delle più promettenti tecnologie nei settori automotive e aeronautico, grazie alla possibilità di produrre strutture in composito ad elevate prestazioni e dalla forma complessa. Sulla base del Resin Transfer Moulding è stata sviluppata, successivamente, la tecnologia R.I.F.T. (Resin Infusion under Flexible Tool) la quale si differenzia dal Resin Transfer Moulding per l’utilizzo di un controstampo costituito da un sacco polimerico e dall’ausilio del vuoto per effettuare l’iniezione della resina nella preforma. Questa tecnologia è stata messa a punto per la produzione di elementi in composito di grandi dimensioni ed è oggi utilizzata principalmente per la produzione di scafi di imbarcazioni in un unico pezzo con una sola iniezione. Un ulteriore motivo fondamentale che ha portato ad una notevole diffusione di tale tecnologia è legato alle emissioni di stirene, nocivo per la salute, durante la polimerizzazione della resina poliestere che, per il suo basso costo, è quella maggiormente utilizzata per la produzione di compositi. Nella produzione di elementi in composito con il Resin Infusion under Flexible Tool i gas emessi durante la polimerizzazione sono convogliati nei condotti di aspirazione e, successivamente, trattati. Per questo motivo il processo R.I.F.T. è utilizzato in alcuni paesi dell’Unione Europea anche per la produzione di elementi di dimensioni ridotte che, normalmente erano prodotti con tecnologie di tipo manuale. Il meccanismo di impregnazione del rinforzo, nei processi R.T.M. e R.I.F.T., prevede che la resina scorra nella preforma per effetto sia della pressione di iniezione che della pressione atmosferica. In entrambi i processi, un parametro fondamentale è rappresentato proprio dalla permeabilità del rinforzo e cioè dalla facilità con la quale si possono impregnare le fibre dell’elemento che si vuole realizzare; è importante aumentare il valore di tale parametro cercando di comprendere quali sono i meccanismi che intervengono nel fenomeno di impregnazione delle fibre con i processi R.T.M. e R.I.F.T.. Tuttavia entrambe le tecnologie richiedono la definizione di numerosi aspetti del processo, tra cui la produzione della preforma e il posizionamento di inlet ed outlet. La definizione di parametri e condizioni, che caratterizzano i diversi step del processo, non è intuitiva e può richiedere numerosi esperimenti, con conseguente significativo dispendio economico. A tale scopo, recentemente, sono stati sviluppati software di analisi agli elementi che simulano il riempimento dello stampo in condizioni differenti. Nella definizione delle condizioni di processo della tecnologie RTM e RIFT un ruolo chiave è svolto dal posizionamento sullo stampo degli inlet e degli outlet. Tale scelta influenza il processo di impregnazione della preforma e, quindi, il contenuto di vuoti, determinando la qualità e le proprietà del pezzo finito. A tal proposito in letteratura sono riportate numerose metodologie sviluppate per individuare l’ottimale configurazione di inlet/outlet. Tali metodologie assumono un’importanza rilevante se si considera cha la scelta della configurazione di inlet ed outlet oltre ad influenzare il processo di impregnazione risulta avere un impatto significativo sull’efficienza del processo e sui costi di produzione. Data l’ importanza dei software di simulazione questo lavoro si è posto come obiettivo la stesura in MATLAB di un codice che simuli l’ impregnazione dello stampo. Da questo punto di vista il software generato si affianca a quelli già esistenti commercio, ma tuttavia si presenta come un codice totalmente aperto. Questo significa che può prevedere anche l’ inserimento di variabili o modelli fisici che ne migliorano i risultati, cosa che nei software commerciali non è sempre possibile, o quanto meno non senza un notevole dispendio di risorse economiche, essendo questi ultimi prevalentemente chiusi e quindi non modificabili a proprio piacimento da parte degli operatori. Il software scritto in questo lavoro è stato confrontato con i modelli teorici disponibili in letteratura e con i risultati forniti da un software commerciale, quale RTM WORX. In entrambi i casi il software si è dimostrato valido; infatti in termini temporali, nel peggiore dei casi, le differenze sono state di pochi secondi, cosa che risulta trascurabile quando i processi durano diversi minuti. Tuttavia è necessario sottolineare che i software oggi in commercio sebbene possano prevedere gran parte della casistica che riguarda il processo RTM o RIFT sono chiusi e quindi il codice che li caratterizza non può subire modifiche da parte dell’ operatore. Da qui nasce l’ importanza di aver sviluppato un software aperto e che consenta quindi, in qualsiasi momento, di poterne migliorare i contenuti; quindi inserendo variabili di cui tener conto, o modelli matematici che possono contribuire a meglio approssimare la fisica del problema. In quest’ ottica è chiaro quanto sia importante avere a disposizione un codice numerico che consenta di intervenire senza alcun limite e soprattutto senza l’ impiego di notevoli risorse economiche e temporali.

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