PAM-COMPOSITES
ESIのPAM-COMPOSITESは複合材料製造の成形プロセスをシミュレーションする総合ソリューションです。各物理現象を基にしたモデリングにより、製造上の問題を高精度に予測・修正します。各成形工程間でせん断・繊維含量と配向・硬化度などの変形履歴や、形状・厚さといった材料履歴を受け渡すことで、複数の工程の解析をリンクすることができ、プロセスパラメーターの最適化によって、生産サイクルタイムの短縮を実現します。
Benefits of PAM-COMPOSITES
- 短繊維・長繊維・連続繊維などの複合材製品の欠陥を特定
- 複合材製品の幾何学的特性と材料特性を高精度シミュレーション
- １つのツールで対応
- ドレーピング・熱成形
- レジンRTM成形・高圧RTM成形・圧縮RTM成形
- レジン注入とそのバリエーション
- シート・モールディング・コンパウンド（SMC）
- 硬化・結晶化
- 製造工程で引き起こされる歪み
- 設計部門によって定義されたすべての製品情報を取得することによるCATIAへのリンク
- 「つくられたように」構造解析を可能にするため、製造工程の結果を設計部門へスムーズに伝達
Nissan uses Compression-RTM (C-RTM), a complex composite manufacturing process where the stamp is held partially open while the resin is injected, to reduce the time the resin takes to spread in the mold. The use of ESI PAM-COMPOSITES enabled Nissan to successfully move away from trial-and-error and redefine their C-RTM using predictive CAE by implementing a new simulation methodology. As a result, the team managed to drastically decrease manufacturing cycle time by 80%, which will support the roll-out of carbon fiber parts in lightweight vehicle mass-production.
Rieko YamaguchiVehicle Manufacturing Element Engineering Section, Vehicle Production Engineering and Development Division / Nissan
PAM-FORMは PAM-COMPOSITESにある複合成形シミュレーションモジュールで、UD（UniDirectional）・NCF（Non-Crimp Fabric）・ドライ繊維のプリフォーミング・熱硬化性・熱可塑性レジン（熱可塑性有機複合板 (Organosheet)、GFRP、CFRPなど）などで作られた繊維強化複合材の熱成形をシミュレーションします。
PAM-FORMでは、以下のような様々なプロセスをモデル化することができます。
- 2つの剛性金型を使ったスタンピング
- ゴム成形
- ダイヤフラム成形 等
このモジュールは、以下のような現象に対応しています。
- 繊維の配向
- 厚み分布
- 最適な初期フラットパターン
- ひずみ
- 応力
- ブリッジング
- しわ
これらの計算結果をラミネートレベルからPlyレベルのまで適用することが可能で、実物テストでは目視チェックできない内部のしわなどを予測することができます。
PAM-FORMでは、以下のプロセスパラメータを最適化により、製品設計初期段階で製造上の欠陥を特定し、製品品質の向上が可能です。
- ツールベロシティ
- 温度と圧力のサイクル
- クランピングの条件と型締力
- 積層シーケンスとPlyの配向
- ツール設計
Simulation can also be used later in the process to correct manufacturing issues after they are identified.
PAM-RTMはPAM-COMPOSITES内の樹脂成形ソフトウェアモジュールで、下記のような幅広い成形プロセスに対応しています。
- Resin Transfer Molding (RTM)
- Vacuum Assisted Resin Infusion (VARI)
- Compression RTM (CRTM)
- High-Pressure RTM (HP-RTM)
- and many more
さらに、鉄・木材・泡沫などの挿入物を含むプリフォーミングでの樹脂の流れを計算し、注入時間やドライスポットの出現・繊維ずれ・フローパターン・型内圧などを予測します。
また、以下のパラメーター最適化を行うことで、開発初期段階における製品品質向上、製造工程の後期における問題の改善が可能です。
- 射出・注入の検証（LCMプロセスの選択）
- 注入圧力と流量
- 温度サイクル（ツール・樹脂）
- ゲート・ベント・真空孔の位置
- フローメディアサイズと位置
代表的なアウトプット
- フローパターン
- ドライスポット・エアートラップ
- ボイド
- 含浸時間
- 温度変化
- 硬化度
- 型内圧
LCMシミュレーションでは、プリフォームにおける補強材の浸透率は繊維配向によって大きく影響を受けます。PAM-FORMによって高精度な繊維配向を予測し、射出・注入プロセスシミュレーションが可能です。
performing simulation.
また、PAM-RTMは高性能ソルバーによって、風量発電産業から自動車産業まで、モデルサイズや形状に依存することなく実製品形状の解析が可能です。またソリッドモデリング能力は樹脂のフローパターンを検証し内部ドライゾーンの発生を予測します。
PAM-RTMの代表的な機能
- ゲートとベントの開閉
- 自動流量コントロールによる気孔の最小化
- 重力効果
- 連続ドレーピングモジュールでプリフォームでの繊維方向を計算
- オーバーフィリングの可能性を考慮した充填・硬化シミュレーションの連動
- PAM-FORM 、PAM-DISTORTIONとリンク
- 変動性解析のための実験計画（Design of Experiments）
ESI PAM-COMPOSITES opens the door for analysis of the curing of thermoset components, in the autoclave or out of the autoclave (OOA), and the analysis of crystallization phenomena of thermoplastic components. It also predicts, through its PAM-DISTORTION module, manufacturing-induced residual stresses and resulting geometrical distortions of produced composite parts. During manufacturing, composite parts made of thermoset matrix go through a curing operation that transforms the resin from a liquid to a solid-state. This thermo-chemical process results in residual stresses that will distort the part.
With ESI PAM-COMPOSITES, analyze the curing process, optimize the curing cycle, and predict the curing time and the evolution of the temperature and degree of cure during the cycle.
Controlling the geometrical distortion of composites parts is a critical challenge for most industries (ex. high performance aeronautic structural parts have tight tolerances). Respect of tolerances is mandatory for proper assembly and becomes vital when dealing with substantial parts such as wind blades.
ESI PAM-COMPOSITES is an alternative to expensive and time-consuming physical trials. Prediction of manufacturing induced shape distortions makes tooling and process correction possible before trials are performed. ESI PAM-COMPOSITES computes shape distortions considering major influencing phenomena including laminate lay-up, resin thermal expansion, cure shrinkage, cure temperature, and mold thermal expansion.
Sheet Molding Compound Simulation
シートモールディングコンパウンド（SMC）は複雑な形状の成形に用いられ、金属部品との置き換えも可能な多目的軽量ソリューションとして、ネットシェイプ加工部品を低コストで大量生産できる技術です。
SMCは製品開発の前段階で、製造部品の繊維の位置、配向、密度を予測し、制御する必要があるため、2020年にPAM-COMPOSITESは、設計の迅速な評価・初期設計段階での反復検証・材料特性の予測が可能なSMC用の新しいモジュールを導入しました。
SMC モジュールはすでに発売されているVPSへの直接リンクが可能です。
- SMC独自のEnd To End機能
- 初期設定に適応した成形・充填シミュレーション