Homogenization in composite process modeling : a visual tool to apply an effective permeability model to LCM numerical simulations

The present work, within the frame of composite materials, comes with two purposes. The first one is to provide some insight on permeability homogenization scheme, by presenting a new Effective Permeability (EP) averaging model for Liquid Composite Molding processes. Starting from the arithmetic averaging technique, this work illustrates more advanced averaging schemes that can capture in-plane and out-of plane flow effects, and carry that information to some effective value of averaged permeability in order to bring 2D and 3D detail into an homogenized 1D value of equivalent permeability. The second purpose is to propose an application of such model to commercial simulation softwares in order to capture some 3D flow effects when performing a 2D calculation. This is achieved through the design and development of a visual tool that acts as a bridge between the theoretical model and the practical needs of the user that handles the simulation softwares. A series of Graphic User Interfaces (GUI) are developed, from a basic, fully functioning demonstrator to an evolved mockup tool with an extensive use of graphical elements, the last version being the Visual EP Calculator. Finally, the new EP model is used through the Visual EP Calculator in the frame of a real simulation scenario, demonstrating its integration in the normal workflow of composite processes simulation packages.

Il presente lavoro, nell'ambito dei materiali compositi, ha due scopi. Il primo è quello di fornire un approfondimento sugli schemi di omogeneizzazione della permeabilità, presentando un nuovo modello di Effective Permeability (EP) averaging per i processi della categoria Liquid Composite Molding. Partendo dallo schema di arithmetic averaged permeability, questo lavoro illustra schemi di omogeneizzazione più avanzati in grado di catturare effetti di flusso nel piano e fuori dal piano e tradurre tali informazioni in un valore efficace di permeabilità effettiva, catturando dettagli 2D e 3D in un valore 1D di permeabilità equivalente. Il secondo scopo è quello di proporre un'applicazione di tale modello a software di simulazione commerciale per conservare alcuni effetti di flusso 3D durante l'esecuzione di un calcolo 2D. Ciò si ottiene attraverso la progettazione e lo sviluppo di uno strumento visivo che funge da ponte tra il modello teorico e le esigenze pratiche dell'utente di software di simulazione. Una serie di Graphic User Interface (GUI) sono state sviluppate, partendo da un dimostratore di base completamente funzionante fino ad arrivare ad un mockup evoluto che fa ampio uso di elementi grafici, di cui l'ultima versione chiamata Visual EP Calculator. Infine, il nuovo modello di permeabilità effettiva viene applicato tramite l’applicazione Visual EP Calculator nel contesto di una reale simulazione, al fine di dimostrare la sua integrazione all’interno del normale flusso di lavoro tipico dei pacchetti di simulazione per processi compositi.