ABSTRACT Some reinforcements used in the manufacturing of composites parts by Liquid Composite Molding (LCM) processes have a dual-scale nature, which supposes flow imbalances between the tows and channels at the mesoscopic scale, which in turn, cause uncontrolled defects (voids, dry points, among others) and could considerably affect the global flow behavior during the filling of cavities at a macroscopic scale. In the present work, a new approach to conducting filling simulations of dual-scale fibrous reinforcements at a mesoscopic scale is proposed. This consists of imposing a pressure gradient across the Representative Unitary Cell, and considering Stokes-Darcy coupling conditions between the porous and the free-fluid sub-domains to determine the filling of the former ones. Contrarily to the traditional approach, where a uniform pressure is assumed for the channels, and only the porous media fluid is modeled, the present approach allows considering the fluid motion at channels, flow-direction dependent capillary pressure, air compression and dissolution, and vacuum pressure, as well as capturing several phenomena of the evolution of intra-tow bubbles, namely, compression, mobilization at constant volume and migration from tows towards the channel. The velocity vectors and streamlines in the tows and channel subdomains, when these phenomena take place, are analyzed as well.
RESUMEN Algunos refuerzos usados en la fabricación de piezas por Procesos de Moldeo Líquido (LCM) tienen una naturaleza de doble-escala, lo cual supone desbalances de flujo entre las mechas y canales a escala mesoscópica, lo cual, a su vez, causa defectos no controlados (vacíos, puntos secos, entre otros) y puede afectar considerablemente el comportamiento global del flujo durante el llenado de cavidades a escala macroscópica. En el presente trabajo, un nuevo enfoque para llevar a cabo simulaciones de llenado de refuerzos fibrosos de doble escala a nivel mesoscópico es propuesto. Éste consiste en imponer un gradiente de presión a lo largo de la Celda Representativa Unitaria, y condiciones de acople Stokes-Darcy entre los subdominios porosos y de fluido libre para determinar el llenado de los primeros. Contrariamente al enfoque tradicional, donde una presión uniforme es asumida en los canales y sólo el fluido en los medios porosos es modelado, el presente enfoque permite considerar el movimiento de fluido en los canales, presión capilar dependiente de la orientación, compresión y disolución del aire, y presión de vacío, de igual manera que capturar diferentes fenómenos de la evolución de vacíos intra-mechas: compresión, movilización a volumen constante y migración desde las mechas hacia el canal. Los vectores de velocidad y líneas de corriente en los subdominios mechas y canal, cuando estos fenómenos tienen lugar, son analizados también.
See how this article has been cited at scite.ai
scite shows how a scientific paper has been cited by providing the context of the citation, a classification describing whether it supports, mentions, or contrasts the cited claim, and a label indicating in which section the citation was made.