Riešenie analýzy plastových dielov s vláknami so spoločnosťou TD - IS

  • 16.07.2018
  • Spracovanie plastov
Riešenie analýzy plastových dielov s vláknami so spoločnosťou TD - IS

Plasty sa stále častejšie používajú aj na vysoko namáhané diely. S tým rastú požiadavky na ich pevnostnú analýzu.

Co ale mohu spočítat se sebelepším MKP systémem, když neznám rozložení vláken a mohu díl počítat pouze jako isotropický a neznám zbytkové napětí a deformace vzniklé při výrobě? Odpověď je zřejmá: “Nic moc přesného“. Naštěstí řešení existuje – propojení moldflow simulace a strukturální analýzy.

Výzvy při simulaci plastových dílů
Technici, kteří používají MKP pro predikci chování a pevnosti plastových dílů záhy zjistí, že lineární materiálový model může podchytit pouze malé deformace, většina výpočtů je ale bohužel velmi odlišná od skutečného chování dílu. Důvodem je to, že polymerní materiály mají převážně nelineární odezvu napětí-deformace. Pokud tedy nemám správné materiálové vlastnosti (např. použiji lineárně elastický model, zatímco očekávám nelineární chování), pak mně to nutí k „hádání“, co mi vlastně výsledky říkají. Přidáním vláken do plastu přidávám další úroveň složitosti materiálových vlastností. Díl je pochopitelně pevnější, pokud jsou vlákna ve směru zatížení. U jednoduchých plochých dílů vystačím s jednoduchým ortotropním modelem, ale u většiny reálných součástí je to málo.

Autodesk Helius PFA
Řešením výše uvedených problémů je Autodesk Helius PFA společně s Autodesk Moldflow a Autodesk Nastran In-CAD, popř. s jiným solverem (Abaqus, Ansys). Když použijete Helius a Moldflow , můžete řešit vysoce nelineární problémy včetně plasticity, lokálního materiálového poškození a progresivního selhání. Toho je dosaženo přenosem výrobních dat z Moldflow do Heliusu. Ten pak mapuje data z výrobního procesu do strukturální analýzy – viz obrázek níže.

Autodesk Helius PFA 
Obr. 1: základní schéma výpočtu 


Algoritmus řešení
Postup řešení lze zjednodušeně popsat následovně :

  1. Konečno-prvkový model (např. Nastran In-CAD)
  2. Vytvoření materiálu ve FEA pre-procesoru a aplikování izotropního materiálu dílu
  3. Aplikování okrajových podmínek a obtížení, vytvoření sítě
  4. Definování typu analýzy
  5. Vytvoření vstupního souboru pro simulaci Moldflow model
  6. Vytvoření Moldflow modelu, vytvoření sítě a umístění vtoků
  7. Moldflow simulace
  8. Kontrola orientace vláken Helius PFA
  9. Provázání obou modelů v Helius PFA – modul Advanced Material Exchange
    • Import FEA modelu
    • Import Moldflow modelu
  10. Kontrola kompatibility sítí mezi oběma modely
  11. Přidání nelineárních dat
  12. Řešení strukturální analýzy s Helius materiálem
  13. Vyhodnocení výsledků ve FEA (Nastran In-CAD)


Pro lepší pochopení jsou níže uvedeny obrázky – vlevo obecné schéma, vpravo řešení s Nastran In-CAD.

vlevo obecné schéma, vpravo řešení s Nastran In-CAD 
  

Pro stávající uživatele aplikace Autodesk Moldflow je vhodné zmínit, že mapovat lze 3D elementy, popřípadě „midplane“ model na skořepinové prvky ve FEA. Pro odlišné sítě v Moldflow a FEA platí, že hustota sítě a typ elementů mohou být rozdílné mezi Moldflow a strukturálním FEA, rovněž geometrie může být rozdílná (např. mohou být ve strukturální analýze ořezy a otvory, které v Moldflow analýze nejsou),  poloha obou modelů může být různá (Moldflow je obvykle dle formy, pevnostní výpočet dle polohy v sestavě), materiál přebírá Helius z Moldflow – potřebuje nelineární křivky napětí-deformace ve 3 směrech dle tečení pro 0, 45 a 90 stupňů.

A co kompozitní materiály?
Je vhodné zmínit, že Helius PFA vznikl původně pro výpočty kompozitů. S ohledem na komplexnost a variabilitu většina inženýrů preferuje u kompozitních materiálů konzervativní přístup a používá simulaci FPF (First Ply Failure – poškození první vrstvy) – předpokládají, že když se poškodí jedna vrstva, lze konstrukci považovat za zničenou. Jiný přístup nabízí metoda PFA (Progressive Failure Analysis – progresivní analýza poškození), která používá pokročilé nelineární techniky pro výpočet do stavu, kdy selže celý díl. To umožňuje výrazně přesněji simulovat chování celého modelu. Autodesk Nastran je průmyslovým standardem pro řešení kompozitů metodou FPF, ale ve spojení s Helius PFA může méně konzervativním inženýrům nabídnout nové možnosti při vývoji kompozitů metodou PFA.

Co říci na závěr?
Autodesk nabízí skutečně komplexní portfolio nástrojů pro řešení plastových a kompozitních materiálů. Uživatelé mohou vytvořit digitální prototyp svého výrobku a provést na virtuálním modelu většinu simulací co se týče jeho výroby i chování v reálném provozu. Navíc licenční politika Autodesku, která je založena na pronájmu jejich řešení, Vás zákazníky ochrání před velkou počáteční investicí. Pokud Vás výše uvedené informace zaujaly a myslíte si, že by Vám popsané řešení mohlo pomoci, neváhejte se na nás obrátit – koneckonců i my měříme naše úspěchy podle úspěchů Vás - našich zákazníků.

  • autor:
  • TD-IS, s. r. o.
  • TD-IS, s.r.o.

    TD-IS, s.r.o.

    Partner priemyselných firiem v oblasti výroby plastových dielov a foriem, dodáva simulačný softvér Autodesk Moldflow, CAD / CAM pre výrobu foriem



Mohlo by vás tiež zaujímať