Metodologie projektowania układów warstw kompozytu w Fibersim™

Decydując się na stworzenie nowego produktu wykonanego z materiałów kompozytowych, konstruktor ma do dyspozycji szereg różnego rodzaju technologii wytwarzania. Wybór jednej z nich najczęściej jest podyktowany możliwością uzyskania pożądanej geometrii, własności wytrzymałościowych, czy odpowiedniego stopnia automatyzacji. Jednak cechy projektowanego elementu determinują nie tylko wybór metody wykonania, ale również już na etapie projektu, metodologię służącą do zdefiniowania układu warstw kompozytu. W zależności od poziomu skomplikowania struktury wewnętrznej, złożoności kształtu i późniejszego procesu wytwarzania użytkownik programu Fibersim™ ma do dyspozycji następujące metody: Ply-Based Design, Zone-Based Design, Grid-Based Design i Multi-Ply Design.

Ply-Based Design

Jest to najbardziej podstawowa technika tworzenia warstw kompozytu. Korzystając z niej, użytkownik ręcznie wskazuje obszary powierzchni, na których ma zostać ułożona pojedyncza warstwa laminatu. Technika ta najlepiej symuluje czynności, jakie byłyby potrzebne do wykonania szablonów rozkrojów konwencjonalnymi metodami, bazując na doświadczeniu w pracy z kompozytami. Metodologia ta jest najkorzystniejsza w wypadkach, gdzie kształt, w jaki należy uformować warstwy wzmocnienia, charakteryzuje się dużym stopniem skomplikowania geometrycznego. Praca na takiej geometrii wymusza na konstruktorze w głównej mierze na stosowanie zabiegów ułatwiających późniejsze laminowanie ręczne. Tak utworzone warstwy są osobnymi, niepowiązanymi z sobą tworami, do utworzenia których z łatwością możemy zastosować pozostałe możliwości programu tak jak: symulacja technologiczności, dzielenie, łączenie, wydłużanie i nacinanie warstw.

Rys.1 Przykładowa geometria z zastosowaną metodologią Ply-Based Design

Zone-Based Design

Metodologia ta została stworzona z myślą tworzeniu elementów strukturalnych. W takim przypadku celem jest nie tyle przezwyciężenie trudności przy formowaniu, ile na korzystnym podziale elementu na strefy, umożliwiającym odpowiednie dobranie struktury w ze względu na kierunki obciążenia oraz łatwość wprowadzania zmian w projekcie. Projektowanie za pomocą tej metody polega na podziale geometrii na skończoną liczbę stref, które w całości ją pokrywają. Do każdej z nich przypisywana jest specyfikacja materiałowa, określająca układ warstw. Przez to warstwy są od siebie uzależnione, ułatwiając ich zbiorczą edycję za pomocą strefy, a nie każdej z osobna. Dodatkowo ostateczny kształt warstwy powstaje w dużej mierze automatycznie, na przykład uwzględniając przejścia pomiędzy regionami o większej lub mniejszej grubości. Ponadto metoda Zone-Based pozwala wykorzystać w pełni możliwości generowania geometrii, takich jak parametryczne odsunięcie powierzchni, którą możemy wykorzystać do budowy modelu wewnętrznej części formy. Istotnie poprawia to jakość i szybkość projektowania nowych elementów, wraz z pełną asocjatywnością eliminującą czasochłonne zmiany i redukującą liczbę błędów. Odmianą tej metodologii jest Grid-Based Design. Jedyną różnicą jest sposób wyznaczania stref na detalu. W metodzie Zone-Based użytkownik może użyć dowolnych typów krzywych na powierzchni. Stosując Grid-Based Design, strefy zostają wyznaczone za pomocą zbioru przecinających się krzywych tworzących siatkę.

Rys.2 Przykładowa geometria z zastosowaną metodologią Zone-Based Design​

Multi-Ply Design

Metodologia Multi-Ply Design jest połączeniem zalet metod Ply-Based i Zone-Based. W tej pierwszej łatwo jesteśmy w stanie zdefiniować szereg warstw pod kątem jak najłatwiejszego ułożenia ich w formie i edytować je niezależnie od siebie. Łączy się to natomiast z dużą ilością ręcznej pracy, która musi być wykonywana ponownie w razie wystąpienia zmian w projekcie. Metoda Zone-Based pozwala na szybkie operowanie zmianami w warstwach za pomocą strefy, do której należą. Jednak ograniczenia pojawiają się, gdy chcemy tworzyć, bądź edytować warstwy, które znajdują się w kilku strefach. W tym celu została stworzona metodologia Multi-Ply, która pozwala mieszać elementy stworzone za pomocą różnych metod. Użytkownik w swoim projekcie może skorzystać z usprawnień zbiorczego zarządzania warstwami za pomocą stref, przy równoczesnej swobodzie wprowadzania zmian, jeśli dodatkowa warstwa nie będzie powiązana z żadną ze stref. Pozwala na to wykorzystanie w pełni możliwości programu Fibersim™, co ma bezpośrednie przełożenie na szybkość i jakość projektowania.

​Tab.1 Porównanie możliwości poszczególnych metodologii