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

  • Technológia vstrekovania plastov s podporou plynu (GIT)

    Technológia vstrekovania plastov s podporou plynu (GIT)

    • 14.03.2019
    • Spracovanie plastov

    Oblasť vstrekovania plastov má k dispozícii celý rad technológií umožňujúcich dosiahnuť požadovaný tvaru a kvalitu výrobku. Patrí sem aj metóda vstrekovania s podporou plynu (Gas Assisted Injection Moulding / Gas Injection-Technology - GIT), ktorá spočíva v privedení plynu (dusíka) do jadra...

  • Bioplasty: Sľubné, ale drahé

    Bioplasty: Sľubné, ale drahé

    • 13.03.2019
    • Spracovanie plastov

    Jedným z biologických plastov, ktoré v posledných rokoch vyvolali veľký záujem, je PHA produkovaný baktériami. PHA nie je len jeden, ale rodina prirodzene sa vyskytujúcich biopolyesterov s potenciálom nahradiť rad bežných fosílnych...

  • PP KOVANDA: Nové technológie a trendy sušenia hygroskopických plastových materiálov

    PP KOVANDA: Nové technológie a trendy sušenia hygroskopických plastových materiálov

    • 07.03.2019
    • Spracovanie plastov

    Sušenie a vysúšanie materiálu je neoddeliteľnou súčasťou vedúcou ku kvalite finálneho produktu, teda výlisku. Pre kvalitné spracovanie plastov je potrebné zvoliť vždy adekvátnu sušiacu zostavu a to nie len vzhľadom k spotrebe daného materiálu, ale treba zohľadniť aj správny princíp samotného...

  • Fillamentum uvádza na trh polyvinylchlorid vhodný pre 3D tlač

    Fillamentum uvádza na trh polyvinylchlorid vhodný pre 3D tlač

    • 05.03.2019
    • Spracovanie plastov

    Fillamentum, česká firma, ktorá na svetovom trhu patrí k špičke vo výrobe strún do 3D tlačiarní, uvádza do predaja už dlho očakávaný filament Vinyl 303. Polyvinylchlorid, na ktorého vývoji Fillamentum spolupracovalo s nemeckou značkou Nakano, bol uvedený do predaja 4. marca...



  • Rok 2017 sa vo Volkswagen Slovakia niesol v znamení rastu

    Rok 2017 sa vo Volkswagen Slovakia niesol v znamení rastu

    • 14.09.2018
    • Spracovanie plastov

    Bratislavský závod narástol nielen rozlohou, ale rozrástlo sa aj produktové portfólio a počet zamestnancov dosiahol rekordnú výšku. Spoločnosť Volkswagen Slovakia potvrdila pozíciu najväčšieho výrobcu vozidiel aj súkromného zamestnávateľa na...

  • JAN SVOBODA s.r.o: Horúce trysky ako normálie – nový štandard alebo prečo aplikovať horúce trysky?

    JAN SVOBODA s.r.o: Horúce trysky ako normálie – nový štandard alebo prečo aplikovať horúce trysky?

    • 18.07.2018
    • Spracovanie plastov

    Studené plniace kanály sprevádzajú odvetvie vstrekovania plastov od prvopočiatku. Aj dnes často vyzerá tento spôsob plnenia dutiny ako ten najjednoduchší a najelegantnejší. Tento spôsob privádzania plastu k dutinám je tak rozšírený, že sa dokonca okolo studených vtokov vyvinulo symbioticky úplne...

  • Nová tvrdená HASCO oceľ 1.2714HH

    Nová tvrdená HASCO oceľ 1.2714HH

    • 17.04.2018
    • Spracovanie plastov

    Ako silný vedúci medzinárodný dodávateľ modulárnych štandardných komponentov a príslušenstva, HASCO neustále pracuje na nových riešeniach pre výrobcov foriem. Dôležitá oblasť inovácie sa týka ocele, ktorá sa používa na výrobu nástrojov a...

 

Archív článkov