[논문 리뷰] Experimental approach for optimizing dry fabric formability

Samir Allaoui, Gilles Hivet외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 24.

Mechanical Behavior of Composites참고 문헌 10인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 액체 복합재성형(LCM) 공정에서 건조한 천의 성형 가능성을 연구하기 위해 기계적 모듈과 광학적 모듈을 융합한 새로운 실험 장치를 제시한다. 이 시스템은 성형 중 실시간 3차원 변형 및 전단 각도 측정이 가능하며, 수치 모델의 검증과 복잡한 이중 곡률 천 부품을 정밀한 공정 제어로 생산할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

In order to understand the mechanisms involved in the forming step of LCM processes and provide validation data to numerical models, a specific experimental device has been designed in collaboration between PRISME Institute and EADS. This toot also makes it possible to test the feasibility to obtain specific double curved shape constituted with dry fabric reinforcement. It contains one mechanical module containing the classical tools in forming process, (punch, blank holder, and open-die), and one optical module to measure the 3D-deformed shape and the distribution of local deformations, like shear angles of the woven reinforcement during all the process. The goal of this paper is to present the potentialities and the first results obtained with this device.

연구 동기 및 목표

• LCM 공정에서 건조한 천 강화재의 성형 메커니즘을 이해하기 위해.
• 직물 성형의 수치 시뮬레이션 모델을 검증하기 위한 실험 도구를 개발하기 위해.
• 건조한 직물 성형을 통해 이중 곡률 부품을 제작할 수 있는지의 가능성을 평가하기 위해.
• 성형 중 국소 변형 분포, 특히 전단 각도를 측정하기 위해.
• 산업적 성형 조건에서 직물 거동에 대한 정량적 데이터를 제공하기 위해.

제안 방법

• 표준 성형 도구(펀치, 블랭크 홀더, 오픈 딜)와 통합된 기계 모듈을 갖춘 하이브리드 실험 장치 설계.
• 성형 중 전체 영역의 3차원 형상과 국소 변형 측정을 위한 광학 모듈 통합.
• 디지털 이미지 상관법(DIC) 또는 유사한 광학 기법을 사용하여 표면 변형 및 전단 변형률 분포를 실시간으로 캡처.
• 실험 장치를 산업적 성형 요구사항과 일치시키기 위해 PRISME 연구소와 EADS 간의 공동 개발.
• 제어된 조건에서 건조한 직물 강화재의 성형 시험을 실시하여 변형의 변화 과정을 캡처.
• 기계적 및 광학적 데이터 스트림을 통합하여 성형 거동의 동기화 분석 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복잡한 성형 공정, 특히 이중 곡률 기하구조에서 건조한 직물 강화재는 어떻게 변형되는가?
• RQ2 건조한 직물 프리폼의 성형 중 국소 전단 변형률 분포는 어떻게 되는가?
• RQ3 실험 장치는 실시간으로 3차원 변형 및 전단 각도를 정확하게 측정할 수 있는가?
• RQ4 실험 결과와 수치 시뮬레이션 예측 간의 상관관계는 얼마나 높은가?
• RQ5 결함 없이 복잡한 건조한 직물 형상을 성형할 수 있는 공정의 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 실험 장치는 높은 공간 해상도로 성형 중 건조한 직물 강화재의 3차원 변형된 형상을 성공적으로 캡처하였다.
• 직조 직물 강화재의 국소 전단 각도는 실시간으로 측정되었으며, 부품 전반에 걸쳐 비균일한 변형 패턴이 드러났다.
• 이 시스템은 건조한 직물 프리폼을 사용하여 복잡한 이중 곡률 직물 부품을 성형할 수 있음을 입증하였다.
• 수치 모델의 정량적 검증 데이터가 생성되어 시뮬레이션 기반 공정 설계에 대한 신뢰도가 향상되었다.
• 기계적 및 광학적 통합 설비를 통해 힘, 변위 및 표면 변형을 동시에 측정할 수 있었으며, 공정 이해도가 향상되었다.
• 초기 결과는 양호한 재현성과 공정 매개변수에 대한 민감도를 보였으며, 향후 최적화 연구에 유리한 기반을 제공하였다.