Development, validation and application of the simulation tool for designing and processing of epoxy made electrical apparatus

• Autorzy: Kasza K. , Matysiak Ł.

Warianty tytułu

PL

Opracowanie, walidacja i zastosowanie symulacji do projektowania produktów elektrycznych z izolacją żywiczną i ich procesu wytwarzania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

: The electrical, mechanical and thermal properties of the epoxy resin make it an excellent insulation material used for various medium- and high- voltage electrical apparatus. However, its final properties depend on the quality of the manufacturing process, called reactive molding. The selection of right process parameters is difficult and the application of advanced computer simulations is proposed instead of time consuming trial-and-error approach and experiments. In the paper a simulation model for the complete reactive molding process is presented. The numerical tool is based on the mass and heat transfer simulations combined with structural analyses. The model description includes set of governing equations, information about dedicated material models, results obtained from validation and results from example application of the tool. At the end the fully automated calculation platform is discussed. It enables utilization of the complex tool by production and design engineers, who has no knowledge and skills in numerical modeling.

PL

Żywice epoksydowe stanowią doskonały materiał izolacyjny wykorzystywany na szeroką skalę w urządzeniach elektrycznych średniego i wysokiego napięcia. Wiąże się to z bardzo dobrymi parametrami dielektrycznymi, mechanicznymi jak również cieplnymi tej grupy tworzyw sztucznych. Jednakże ostateczne właściwości izolacji żywicznej zależą w dużym stopniu od jakości procesu jej wytwarzania, znanego jako formowanie reaktywne. Dobór odpowiednich parametrów produkcyjnych jest trudny ze względu na złożoność omawianej technologii i wymaga przeprowadzenia czasochłonnych oraz kosztownych prób eksperymentalnych. W związku z tym zaproponowano alternatywne rozwiązanie opierające się na zaawansowanych symulacjach komputerowych. W niniejszej publikacji przedstawiono podejście symulacyjne, które pozwala na pełną analizę procesu formowania reaktywnego. Opracowane narzędzie symulacyjne zostało oparte na obliczeniowej mechanice płynów oraz przepływie ciepła w sprzężeniu z analizą strukturalną. Opis podstawowych równań wykorzystywanych w tego typu symulacjach uzupełniono o modele definiujące specyficzne własności materiałowe żywic epoksydowych. Zaprezentowane zostały również wyniki eksperymentalne uzyskane w ramach przeprowadzonej walidacji rozwiniętego podejścia symulacyjnego, a także przykłady użycia symulacji komputerowych w analizach rzeczywistych produktów wytwarzanych w technologii formowania reaktywnego. Ponadto, w dalszej części artykułu omówiono platformę obliczeniową służącą do automatycznych symulacji, która umożliwia projektantom oraz inżynierom produkcji, nie posiadającym wiedzy oraz umiejętności w dziedzinie modelowania numerycznego, wykonywać skomplikowane symulacje komputerowe.

Słowa kluczowe

EN

electrical insulation; epoxy resins; reactive molding; numerical simulations; automated computations

PL

izolacja elektryczna; żywice epoksydowe; formowanie reaktywne; symulacje numeryczne; obliczenia komputerowe

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 10
• Strony: 1143--1147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., schem., wykr., wzory

Twórcy

autor

Kasza K.

• ABB Corporate Research, ul. Starowiślna 13a, 31-038 Kraków, Poland

autor

Matysiak Ł.

• ABB Corporate Research, ul. Starowiślna 13a, 31-038 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Kamal M. R., Sourour S.: Kinetics and thermal characterization of thermoset cure, Polymer Engineering & Science, Vol. 13, Issue 1, pp. 59-64, 1973.
• [2] Macosko C. W.: Fundamentals of Reaction Injection Molding, Hanser Verlag, 1989.
• [3] www.ansys.com
• [4] www.3ds.com
• [5] Sekula R., Saj P., Nowak T., Kaczmarek K.: 3-D Modeling of Reactive Moulding Processes: From Tool Development to Industrial Application, Advances in Polymer Technology, Vol. 22, Issue 1, pp. 42-55, 2003.
• [6] Sekula R., Nowak T., Claus O.: Sequential fluid dynamics and structural mechanics simulations of a reactive moulding process; International Journal of Materials and Product Technology, Vol. 40, No.3/4, pp. 250-263, 2011.
• [7] Matysiak L., Platek R., Banas M., Sekula R., eRAMZES – Novel Approach for Simulation of Reactive Molding Process, Proceedings of 26th European Conference on Modelling and Simulation, Koblenz, pp. 128-135, 2012.