Kompozit fiber demetlerinde geçirgenliğin modellemesi ve elektrik-hidrolik analoji ile hesaplanması

Bu çalışma, kompozit fiber demetlerinde geçirgenlik değerini ANSYS Fluent simülasyonları ve Darcy Kanunu ile Ohm Kanunu'ndan türetilen bir elektrik-hidrolik analoji yöntemi kullanarak incelemektedir. Altıgen dağılıma sahip fiberlerin geçirgenliği, ANSYS Fluent'te modellenen temsili bir birim hücre aracılığıyla hesaplanmıştır. Simülasyonda fiberler katı bölge olarak modellenerek reçinenin fiberler arasından akışına izin verilmiştir. Geçirgenlik değeri, Darcy Kanunu'nu kullanarak simülasyondan elde edilen akış hızı üzerinden hesaplanmış ve analitik Gebart çözümüyle karşılaştırıldığında uyumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Daha büyük ölçekte, kompozit malzeme geçirgenliği, on fiber demetinden oluşan bir birim hücredeki reçine akış simülasyonu ile hesaplanmıştır. Buradaki demetler gözenekli bölgeler olarak tanımlanmış ve demet içinde ve dışındaki reçine akışına izin veirlmiştir. Çeşitli demet dağılım senaryoları incelenmiştir. Senaryolar arasında manuel olarak tasarlanmış ekstrem durumlar ve MATLAB ile oluşturulan rastgele dağılımlar kullanılmıştır. Bu senaryolar, akış yönüne dik demetler arası boşluğun, akış kanalları ve geçirgenlik üzerindeki etkilerini incelemek için tasarlanmıştır. Elektrik-hidrolik analoji ile yapılan geçirgenlik tahmini, simülasyon sonuçlarıyla uyum göstermiştir. Bu yöntem, bilgisayar hesaplama süresi ve maliyetini büyük ölçüde azaltmaktadır. Model alanı boyutu, demetler arası boşluk ve demet içi gözeneklilik gibi faktörler analiz edilmiştir. Simülasyon ve tahmini sonuçlar karşılaştırıldığında, model boyutlarının ve demet içi gözeneklilik değerlerinin tahmini sonuçları etkilediği gözlemlenmiştir. Sonuçlar, demet içi gözeneklilik azaldıkça ve alan yüksekliği arttıkça, tahmin yönteminin doğruluğunun arttığını göstermektedir. Bu durum, reçinenin büyük ölçüde demetler arası kanallardan akmasından kaynaklanmaktadır. Bu çalışmanın en büyük katkısı, farklı fiber demeti dağılımlarına uygulanabilmesi, ölçeklendirilebilir olması ve verimli bir geçirgenlik tahmin yöntemi sunmasıdır. Bu sayede, kompozit üretim süreçlerinde reçine akış davranışının optimize edilmesine katkı sağlamaktadır.