Compression molding of Sheet Molding Compounds (SMC) is a manufacturing process in which a stack of discontinuous fiber-reinforced thermoset sheets is formed in a hot mold. The reorientation of fibers during this molding process can be either described by macroscale models based on Jeffery's equation or by direct mesoscale simulations of individual fiber bundles. In complex geometries and for long fibers, direct bundle simulations outperform the accuracy of state-of-the-art macroscale approaches in terms of fiber orientation and fiber volume fraction. However, it remains to be shown that they are able to predict the necessary compression forces considering non-isothermal, non-Newtonian and compaction behavior. In this contribution, both approaches are applied to the elongational flow in a press rheometer and compared to experiments with 23% glass fiber volume fraction. The results show that both models predict contributions to the total compression force and orientation reasonably well for short flow paths. For long flow paths and thick stacks, complex deformation mechanisms arise and potential origins for deviation between simulations models and experimental observations are discussed. Furthermore, Jeffery's basic model is able to predict orientations similar to the high-fidelity mesoscale model. For planar SMC flow, this basic model appears to be even better suited than the more advanced orientation models with diffusion terms developed for injection molding.


翻译:石板熔化化合物(SMC)的压缩模型(SMC)是一个制造过程,在这个过程中,在热模版中形成一堆不连续纤维加固的热温板。在这个模版过程中,纤维的重新定位可以通过基于杰弗利方程式的宏观模型描述,也可以通过单个纤维捆体的直接中尺度模拟描述。在复杂的地貌和长纤维中,直接捆绑模拟在纤维方向和纤维体积分数方面优于最先进的宏观尺度方法的准确性。但是,还有待证明的是,它们能够预测考虑到非硅热、非牛顿和缩压行为的必要压缩力。在这个模型中,两种方法都应用到按压强计的伸缩流和与23%玻璃纤维体积分数的实验相比。结果显示,两种模型都合理地预测了整个压缩力和定向对短期流径路径的贡献。对于长流道和厚厚的堆积、复杂的变形机制出现以及模拟模型和实验性方向之间偏差的可能起源。对于模拟模型和实验性方向的模型来说,甚至可以进行更精确的预测。

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