Patent DE-102010050963-B4 (DE)
Title: Verfahren zum Vorhersagen der Volumenänderung von Hohlräumen in Kunstharzen in porösen Körpern
Inventor: KONO TSUTOMU
IPC: G06F17/50
Filed: 2010-11-10
Granted: 2018-06-14
Abstract: Verfahren zum Vorhersagen der Volumenänderung eines Hohlraums (1) in einem Kunstharzmaterial (2) oder in einem Kunstharzmaterial (2), das sich in einem porösen Körper (5) befindet, wobei das Kunstharzmaterial (2) bzw. der poröse Körper (5) mit einem festen Element (4) in Kontakt steht, und wobei der Hohlraum (1) ein leerer Raum in dem Kunstharzmaterial (2) ist, der durch Gas entsteht, das bei einer Temperaturerhöhung vom festen Element (4), dem porösen Körper (5) und/oder dem Kunstharzmaterial (2) abgegeben wird, wobei das Verfahren von einer Rechenvorrichtung (7) auszuführen ist, gekennzeichnet durch(a) die Aufnahme der Konfiguration für den porösen Körper (5), in dem sich das Kunstharzmaterial (2) befindet, der speziellen Konfiguration, in der das Kunstharzmaterial (2) mit dem porösen Körper (5) in Kontakt steht, und von Daten hinsichtlich des festen Elements (4), das mit einem Flußbereich des Kunstharzes in Kontakt steht, aus einem Speicher (10) in eine Rechenvorrichtung (7) und Ausführen eines Auflösungsprozesses zum Auflösen des porösen Körpers (5) in dreidimensionale feste Elemente (11) auf der Basis der Daten;(b) die Eingabe von Eigenschaften des Kunstharzmaterials (2) einschließlich wenigstens der Dichte, der thermischen Leitfähigkeit, der spezifischen Wärme und der Viskosität davon, des Öffnungsverhältnisses des porösen Körpers (5), des spezifischen Querschnittwiderstands des porösen Körpers (5), der Dichte, der spezifischen Wärme und der thermischen Leitfähigkeit des porösen Körpers (5) und von Grenzbedingungen wie der Anfangstemperatur des festen Elements (4) und des Kunstharzmaterials (2) und die Temperaturänderung des festen Elements (4);(c) die Eingabe der zeitlichen Änderung des Volumens eines einzigen Gases oder des Gesamtvolumens einer Anzahl von Gasen und der spezifischen Wärme des einen Gases oder der Anzahl von Gasen, die vom festen Element (4), dem porösen Körper (5) und/oder dem Kunstharzmaterial (2) bei einer Temperaturänderung des festen Elements (4), des porösen Körpers (5) und/oder des Kunstharzmaterials (2) abgegeben werden;(d) das Berechnen der Kontinuitätsgleichung, der Navier-Stokes-Gleichung und der Energieerhaltungsgleichung auf der Basis der dreidimensionalen festen Elemente (11), um dadurch die Änderung der Kunstharztemperatur und die Änderung der Viskosität bei einer Temperaturänderung des Kunstharzmaterials (2) zu bestimmen, das Berechnen einer Funktion, die den spezifischen Querschnittwiderstand und die Viskosität beinhaltet, als Flußwiderstandsfaktor für den porösen Körper (5), und die Eingabe des Produkts aus dem Flußwiderstandsfaktor des porösen Körpers (5) und der Flußrate und der Dichte des Kunstharzes in die Navier-Stokes-Gleichung als äußere Kraft pro Volumeneinheit des porösen Körpers (5) mittels des Fluidwiderstands;(e) die Eingabe einer Hohlraumvolumenänderung durch das vom festen Element (4), dem porösen Körper (5) und/oder dem Kunstharzmaterial (2) abgegebene Gas, einer anfänglichen Hohlraumabmessung und eines anfänglichen Zeitinkrements für eine Analyse des Flußprozesses des Kunstharzes und das Berechnen der Kontinuitätsgleichung, der Navier-Stokes-Gleichung und der Energieerhaltungsgleichung auf der Basis der dreidimensionalen festen Elemente (11), um dadurch Größen wie die Änderung des Volumens des Hohlraums durch das abgegebene Gas und den Innendruck des Hohlraums zu berechnen;(f) wobei im anfänglichen Zeitinkrement der Flußanalyse für das Kunstharz (im ersten Schritt)auf der Basis der eingegebenen zeitlichen Änderung des vom festen Element (4) erzeugten Gasvolumens das Gasvolumen dV1 berechnet wird, das während des anfänglichen Zeitinkrements erzeugt wird, wobei t0 für die Anfangszeit und Δt1 = t1-t0 für das Zeitinkrement stehen und ein anfänglicher Hohlraum mit einem Druck P0 und einem Volumen V0 zur Anfangszeit t0 vorgegeben wird und Υ das spezifische Wärmeverhältnis des erzeugten Gases ist, undfür das anfängliche Zeitinkrement der Hohlraumdruck P1 und das Hohlraumvolumen V1 bei t=t1 mittels der Fluidanalyse unter Verwendung der folgenden Poisson-Gleichung (1) berechnet werden, wobei P für den Druck und V für das Volumen stehen, für die Kunstharztemperatur eine mittlere Temperatur T1 (konstant) verwendet wird und angenommen wird, daß die Hohlraumtemperatur gleich der Kunstharztemperatur ist:(g) und wobei im nachfolgenden Zeitinkrement (im zweiten Schritt)auf der Basis des Ergebnisses der Berechnungen im ersten Schritt für das Zeitinkrement Δt2 = t2-t1 ein Hohlraumdruck P1 und ein Hohlraumvolumen V1 bei t=t1 eingegeben werden,auf der Basis der eingegebenen zeitlichen Änderung des vom festen Element erzeugten Gasvolumens das im vorliegenden Zeitbereich erzeugte Gasvolumen dV2 berechnet wird, wobei angenommen wird, daß im Zeitinkrement Δt2 bei t1 das Hohlraumvolumen V1 (konstant) ist,der Hohlraumdruck P2 und das Hohlraumvolumen V2 mit der Fluidanalyse unter Verwendung der Gleichung (1) berechnet werden, wobei angenommen wird, daß im Zeitinkrement Δt2 die mittlere Temperatur T2 (konstant) ist; und(h) die Berechnungen mit jeweils einem hinzugefügten Zeitinkrement wiederholt werden, bis die Zeit einen vorgegebenen Zeitpunkt erreicht, um dadurch wenigstens die Änderung im Hohlraumvolumen aufgrund der Erzeugung von Gas zu berechnen.