Simulação Numérica do Processo de RTM para a Infiltração em Reforços Espessos Considerando a Variação da Viscosidade da Resina em Função do Tempo

Abstract

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar, através da simulaçãonumérica, o processo de fabricação de compósitos via moldagem por transferência deresina - RTM (Resin Transfer Molding), considerando que a viscosidade da resina é umafunção da temperatura e do tempo. Para isto, foi implementado no software de simulação,OpenFOAM, um modelo empírico que representa a mudança na viscosidade, e a equaçãoda energia que calcula a distribuição de temperaturas no interior do molde. Foramrealizadas algumas simulações que levaram em conta a variação da viscosidade nointerior de moldes finos aquecidos, considerando escoamento retilíneo e radial, e comdistribuição isotérmica e não-isotérmica de temperaturas, bem como a simulação dopreenchimento de placas espessas aquecidas, considerando escoamento radial, comdistribuição não-isotérmica de temperaturas. Os softwares utilizados para as simulaçõesforam o GMSH (gerador de geometria e malha) e o OpenFOAM (solução), no qual este,utiliza volumes finitos como método de discretização. Encontrou-se que o tempo final deinjeção para o processo de RTM é dependente do tempo de gel da resina, visto que,quando a mesma entra em fase de gel seu escoamento se torna cada vez mais lento atéo momento em que a resina não avança mais. Desta forma, para a fabricação de umapeça por RTM é necessário que a moldagem seja completada antes que a resinagelifique. Uma breve discussão sobre outros parâmetros que influenciam o preenchimentode moldes espessos também foi apresentada neste trabalho, tais como: permeabilidadetransversal, pressão inicial de injeção e tempo de preenchimento. Com relação às placasespessas, foi possível identificar o quão difícil é o preenchimento total do molde, devidoaos baixos valores da permeabilidade transversal, a qual influencia diretamente oescoamento da resina tanto na direção transversal como no plano, acarretando grandesdificuldades quando o valor da permeabilidade é baixo. Desta forma, a moldagem deplacas espessas acaba exigindo um tempo de preenchimento ainda maior do que o tempode preenchimento de placas finas devido ao seu tamanho e ao escoamento lento daresina.

This work has been developed with the objective of studying, through numerical simulation, the process of composite manuafcturing with resin transfer molding (RTM), considering that the resin viscosity is a function of temperature and time. For such, an empirical model representing viscosity changes and the energy equation which calculates temperature distribution inside the mold were implemented into the simulation software, OpenFOAM. Simulations that considered viscosity variation inside thin heated molds were performed regarding rectilinear and radial flow, with isothermal and non-isothermal temperature distribution, as well as the simulation of thick heated plates filling, considering radial flow with non-isothermal temperature distribution. GMSH (geometry and mesh generator) and OpenFOAM (solution) were the softwares used for simulations, in which the last (OpenFOAM) makes use of finite volumes discretization method. Its been noticedthat the final injection time for the RTM process is dependant on the resin time as a gel,insofar as when it enters gel phase, its flow becomes increasingly slower until the momentin which the resin doesnt flow further anymore. This way, for the RTM piece manufacturing it is necessary that the molding is completed before the resin gelifies. A brief discussion about other parameters that influence thick mold filling was also presented in this work, such as: transversal permeability, initial injection pressure and filling time. Regarding thick plates, it was possible to identify how hard the filling of the total mold is, due to the low values of transversal permeability, which directly influences resin flow as much in transversal direction as on the surface, resulting in great difficulties when permeability value is low. Thus, thick plates molding ends up requiring an even longer filling time than the one of thin plates because of its size and slow resin flow.