CAE w przetwórstwie tworzyw sztucznych cz. 1/2

Badania i rozwój w dziedzinie jaką jest przetwórstwo tworzyw sztucznych, zgodnie z obowiązującym trendem, ukierunkowały się na próbę numerycznego opisu fizycznych właściwości i zachodzących procesów. W konsekwencji coraz częstsze staje się stosowanie narzędzi wspomagających projektowanie procesów, należących do grupy CAE (ang. computer aided engineering) i w rezultacie eliminowanie modeli fizycznych.

Tworzywa sztuczne wykazują cechy ciał stałych i cieczy w zależności od skali czasu. Wiele zjawisk związanych z procesami obróbki tworzyw sztucznych jak i właściwości samych materiałów nie sposób opisać ściśle. Na przestrzeni lat badania i doświadczenia pomogły znaleźć odpowiedź na wiele problemów, pozwoliły opisać wiele procesów i wytłumaczyć towarzyszące im mechanizmy.
Procesy przetwórstwa tworzyw sztucznych, z punktu widzenia mechaniki płynów to w ogólnym przypadku złożone, trójwymiarowe przepływy nienewtonowskie i nieizotermiczne także nieustalone.

Wyznaczenie ruchu w zadanej geometrii sprowadza się do rozwiązania układu równań różniczkowych mechaniki ośrodków ciągłych (ciągłości, ruchu, energii) z odpowiednim równaniem konstytutywnym materiału oraz odpowiednimi warunkami brzegowymi i początkowymi. Rozwiązania analityczne problemów występujących w przetwórstwie tworzyw sztucznych, możliwe są jedynie dla stosunkowo prostych przypadków przepływów. Jeżeli uwzględnić możliwie dokładny opis zjawisk, nieodzowne staje się zastosowanie metod numerycznych. W przetwórstwie tworzyw sztucznych metoda elementów skończonych, MES (ang. finite element method, FEM) jest dzisiaj najczęściej wykorzystywaną metodą w komercyjnych aplikacjach.