3D modeling of the infrared radiation reheating step and the stretch blow molding of cold injected preforms used for P.E.T. bottles
Modélisation 3D du chauffage par rayonnement infrarouge et de l'étirage soufflage de corps creux en P.E.T.
Résumé
Our study addressed the 3D modeling of the infrared radiation reheating step and the stretch blow molding of cold injected preforms used for P.E.T. bottles. The goal was to calculate the full temperature profile of the preform at the exit of the furnace and the final thickness of the bottle at the end of the blow molding, using a single finite element numerical tool. The interaction between the halogens lamps and the semi-transparent material has been modeled using a ray tracing method, taking into account reflectors. The volumetric source term arising from irradiation and inserted in the heat assumption has been calculated through a Beer-Lambert law applied to each ray emitted by the tungsten filament or reflected by the ceramic. The preform rotation and translation have been modeled thanks to a mapping of the irradiative heat flux divergence calculated initially onto the configuration at the time considered. The study of the stretching and blow molding of the preform have given rise to the implementation of Mooney-Rivlin hyperelastic and G'Sell viscoplastic behavior laws. Numerical developments have been validated by a comparison with tensile tests, a thick tube and a thick sphere blowing analytical models. The remeshing method necessary for large strain and the contact algorithms accuracies implemented in Forge3® software allowed to demonstrate the feasibility of the 3D numerical modeling of stretch-blowing of P.E.T. preforms.
Notre étude a porté sur la modélisation 3D du chauffage par rayonnement infrarouge et l'étirage soufflage des préformes utilisées dans le procédé de fabrication des bouteilles en P.E.T. L'objectif était de calculer sous une unique plateforme de simulation numérique par éléments finis, la cartographie thermique complète de la préforme en sortie du four, et la répartition finale d'épaisseur de la préforme en fin de soufflage. L'interaction entre les lampes halogènes et le matériau semi-transparent a été modélisée à l'aide de la méthode du lancer de rayons, permettant de prendre en compte les réflecteurs. Le terme source de rayonnement intégré dans l'équation de la chaleur a été calculé avec une loi de Beer-Lambert appliquée à chaque rayon émis par le filament de tungstène ou réfléchi par la céramique. La rotation de la préforme ainsi que son avance dans le four ont également été modélisées par interpolation de la divergence du flux radiatif calculée à l'instant initial vers celle de la configuration à l'instant considéré. L'étude de l'étirage et du soufflage de la préforme ont donné lieu à l'implantation d'une loi de comportement hyperélastique de type Mooney-Rivlin et une loi viscoplastique inspirée des travaux de G'Sell. Les développements numériques ont été validés par comparaison avec des modèles analytiques volumique de traction uniaxiale, de soufflage de tube et de sphère. Les techniques de remaillage nécessaire aux simulations des grandes déformations et la précision des algorithmes de contact intégrés dans le code de calcul par éléments finis Forge3® ont permis de montrer la faisabilité de la simulation de l'étirage-soufflage en 3D.
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