Moldex3D와 LS-DYNA 드래이핑 해석의 연계를 통한 패브릭 복합재 성형 시뮬레이션

드래이핑 공정은 연속 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 재료를 열압법(Thermo-stamping) 및 사출 성형법을 결합하여 제조하는 공법으로서, 통상적으로 체적이 큰 제품의 제조에 사용된다. 고품질의 복합재 부품을 만들기 위해서는 먼저 패브릭을 수지에 완전히 침식 시키고 드래이핑으로 초기 형상(시트 형상)을 만든다. 그 후 캐비티는 사출 성형의 공정을 통해 완전한 제품으로 충전 된다. 드래이핑 공정에서, 연속 섬유의 배향은 제품의 형상에 따라 변하게 되며, 섬유 배향은 제품의 기계적 특성에 영향을 주게된다. 사출 성형 해석에서 드래이핑에 영향을 주는 인자를 보다 잘 묘사하기 위해, Moldex3D Multi-Component Molding(MCM)모듈은 LS-DYNA의 드래이핑 해석 자료를 불러와 제품 인서트에 이방성 특성을 정의 하도록 한다.

아래 내용은 LS-DYNA를 활용하여 프리폼 드래이핑 분석(Draping Analysis)을 먼저 진행하고, Moldex3D를 통해 사출 성형 해석 작업을 시행하는 방법에 대한 설명이다.

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1단계. LS-PrePost의 전처리 과정 중 LS-PrePost 4.0을 실행하고 쉘 메시 모형(IGS file)을 불러와 Auto Mesher를 사용해 메시를 제작한다(LS-PP 4.0 또는 업데이트 버전 사용 권장).



2단계. LS-PrePost 의 Melt Forming analysis setting에서 드래이핑 gotjre을 위해 Forming 해석 순서를 Property cards(234, 235, Fiber)로 설정한다. 주의: 파라미터를 inn=2, neips=20으로 설정한다.


3단계. LS-DYNA를 사용해 드래이핑(Draping) 해석을 진행한 후, LS-DYNA Manager를 열고 dyn 파일을 통해 해석을 시행한다. 해석 완료 후 다시 LS-Prepost로 돌아가서 d3plot를 불러와 드래이핑 해석 결과를 확인한다.


4단계. LS 파일에는 드래이핑 이후의 섬유 배향 및 두께 정보가 포함된다. LS 파일 출력 과정은 다음과 같다: EXE 파일(Moldex3D 설치 경로의 Tools 폴더) 실행 후 LS 파일의 파일명, 저장 위치, blank 메시지를 입력한다. BAT 파일 및 LS 파일이 설정된 폴더에 생성된다.

5단계. LS-Prepost 에서 LS-DYNA 드래이핑 해석의 결과를 통해 d3plot 파일을 불러온다. BAT 파일을 Command file로 실행하여 LS 파일에 섬유 배향 정보를 기록한다.

주의: LS-DYNA의 해석은 브레이드 각도만을 제공하며, Moldex3D MCM 프로젝트는 LS파일과 브레이드 각도를 사용하여 Fiber mat orientation을 구한다.

6단계. Moldex3D에서 제품과 인서트의 3D-model Mesh로 형성된 사출 성형 프로젝트를 생성한다. 인서트에 이방성 섬유 정보를 할당 하려면, 프로젝트의 Compuatation Parameter항목의 MCM 항목으로 들어간다. 선택 옵션 중 이방성 재료 속성(Orthotropic Material Properties) 속의 설정(Settings)을 클릭해, 작업창을 열고 이방성 재료를 지정하거나 수정할 수 있다. 이방성 재료 지정을 완료하면, 사용자 지정 속성(User-defined properties)이 체크되어 표시된다.

기타: 3D-Solid 인서트 부품 메시는 LS-DYNA 에서 사용된 셀 메쉬나 MFE포맷을 지원하는 기타 메쉬 프로그램에서 생성 할 수 있다.

7단계. 아래 그림의 작업창에서 사용자는 인서트 부품의 섬유의 이방성 특성 자료를 생성, 지정, 불러오기, 삭제할 수 있다. 사용자는 이 창을 열어 지정된 기계적 특성 및 열팽창 계수를 수정할 수 있다.

8단계. Moldex3D 해석이 완료 되면 바로 결과를 확인할 수 있다