Numerical Modelling of Compression Cure High-Filled Polimer Material

Abstract

The article presents phenomenological constitutive relations for modeling the compression curing of a highly filled polymer medium, obtained in the framework of the mechanics of an almost incompressible viscoelastic solid using the modified Herrmann variational principle. The relations are based on the representation of the medium as a composition of a fluid and solidified material, taking into account the history of continuous nucleation and deformation of a new phase in the temperature range of phase transformations. During the manufacturing process, different mechanisms lead to process-induced deformations and stresses. These mechanisms depend on thermal expansion, shrinkage, nonlinear viscoelastic properties of the material, and variation in local temperatures. In critical cases, these residual stresses can lead to initial degradation and up to failure of the material. A stable numerical algorithm for the problem’s solution has been developed on the base of finite element method. Numerical investigation of the stress and deformation in system during the polymerization process has been carried out. The evolution of curing stresses in a singular zone of domain has been investigated

В статье представлены феноменологические определяющие соотношения для моделирования компрессионного отверждения высоконаполненной полимерной среды, полученные в рамках механики почти несжимаемого вязкоупругого твердого тела с использованием модифицированного вариационного принципа Геррмана. В основе соотношений лежит представление среды в виде композиции жидкотекучего и отвержденного материала с учетом истории непрерывного зарождения и деформирования новой фазы в интервале температур фазовых превращений. В процессе производства различные механизмы вызывают в изделии деформации и напряжения. Эти механизмы зависят от теплового расширения, усадки, нелинейных вязкоупругих свойств композита и изменения локальных температур. В критических случаях эти технологические напряжения могут привести к накоплению повреждений в композите (отслоение матрицы полимера от дисперсного наполнителя) вплоть до разрушения материала. Разработан устойчивый численный алгоритм решения задачи на основе метода конечных элементов. Проведено численное исследование эволюции технологических напряжений и деформаций при химическом компрессионном формовании в осесимметричных оболочечных пресс-формах. Исследована особенность эволюции технологических напряжений в подобластях со сложной геометрией