New approach for filling simulations of dual-scale preforms using BEM for manufacturing of composites materials Translated title: Nuevo enfoque para simulaciones de llenado de preformas doble-escala usando BEM para manufactura de compuestos – ScienceOpen
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      New approach for filling simulations of dual-scale preforms using BEM for manufacturing of composites materials Translated title: Nuevo enfoque para simulaciones de llenado de preformas doble-escala usando BEM para manufactura de compuestos

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          Abstract

          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.

          Translated abstract

          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.

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                Author and article information

                Journal
                rfiua
                Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia
                Rev.fac.ing.univ. Antioquia
                Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia (Medellín, Antioquia, Colombia )
                0120-6230
                2422-2844
                June 2023
                : 107
                : 66-79
                Affiliations
                [1] Medellín Antioquía orgnameInstituto Tecnológico Pascual Bravo orgdiv1Facultad de Ingeniería Colombia
                Article
                S0120-62302023000200066 S0120-6230(23)00010700066
                10.17533/udea.redin.20220783
                89cc9ae3-2741-45cf-8662-cbe72834ecdf

                This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

                History
                : 16 November 2021
                : 01 July 2022
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                Figures: 0, Tables: 0, Equations: 0, References: 40, Pages: 14
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                SciELO Colombia

                Categories
                Original article

                llenado multi-escala,elementos de frontera,polímeros,Fibrous reinforcements,liquid composite molding,multi-scale filling,boundary elements,polymers,Refuerzos fibrosos,moldeo líquido de compuestos

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