Расширенное моделирование материалов в Abaqus

В этом сообщении упоминаются статьи клиентов, представленные на конференции "Наука в эпоху опыта" в 2016 году, в которой основное внимание уделялось расширенному моделированию материалов. Я был председателем на нескольких из этих презентаций.

Одним из основных принципов любого передового использования программного обеспечения Abaqus является обсуждение расширенного моделирования материалов (конститутивного моделирования). Это обсуждение, как правило, охватывает многие или все отрасли, и недавняя конференция «Наука в эпоху опыта» не стала исключением. Наши клиенты представили множество статей и презентаций по использованию передовых моделей материалов как в Abaqus / Standard, так и в Abaqus / Explicit. Некоторые из этих документов были представлены в рамках специальной отраслевой программы, тогда как другие были представлены в рамках категории «Материалы» или «Композиты».

Здесь выделяются две темы по расширенному моделированию материалов:

1. Лучшие модели материалов для полимеров и пластиков.
2. Сосредоточьтесь на моделировании термомеханически связанных событий и процессов с помощью высокоточных моделей материалов.

Пользователи Abaqus во многих отраслях работают над улучшением моделей материалов для эластомеров, полимеров и пластиков. В статьях Volgers (эластомер), Pannneerselvam (полимер) и Karim (полимер) демонстрируется переход к более точным моделям из материалов. В последних двух документах также демонстрируется использование новой модели PRF (Parallel Rheological Framework) в Abaqus для регистрации нелинейной вязкоупругости.

Все статьи Брауна, Ариаса и Ньяабы демонстрируют тему моделирования термомеханически связанных событий или процессов. Первая статья посвящена металлам при ковке, а две последние - применению резины, где механический гистерезис приводит к значительному нагреву. В документе Nyaaba затрагивается как использование новой модели PRF (для нелинейной вязкоупругости), так и ее использование в покрышках, которые выделяют тепло из-за вязкоупругого гистерезиса резины.

Прогнозирование и разработка интегрированного безопасного шприца для срока годности с использованием передовых нелинейных конститутивных моделей в Abaqus, Динеш Паннеерсельвам, Скотт Руссо, Джоти Гупта, Unilife Medical Solutions

Аннотация: Промышленность медицинского оборудования - это отрасль с жестким регулированием, в которой безопасность пациентов имеет первостепенное значение. Обеспечение высочайшего качества и безопасности пациентов требует, чтобы устройство работало должным образом с момента его изготовления, в течение всего срока годности продукта и во время использования. Пластмассы, используемые в медицинских устройствах, могут со временем терять механические свойства в течение срока годности продукта в зависимости от конструкции устройства. Поэтому важно учитывать этот аспект поведения пластика при выборе материала и конструкции устройства.

Пластмассы при постоянной нагрузке в течение длительных периодов времени демонстрируют деформации ползучести. Тестирование устройств на ползучесть может быть длительным процессом, часто приводящим к задержкам в итерациях проектирования, чтобы получить оптимальную конструкцию и, следовательно, время выхода на рынок. Вычислительное моделирование и моделирование FEA с расширенными моделями материалов могут с высокой степенью точности предсказывать поведение материалов и обеспечивать глубокое понимание того, как устройство будет работать с течением времени, что дает ценную обратную связь для итераций проектирования и часто сокращает циклы итераций проектирования.

В этой статье краткосрочное и долгосрочное поведение поликарбоната моделируется с использованием гиперупругой нелинейной вязкоупругой модели, основанной на параллельной реологической структуре. Составная модель откалибрована по данным испытаний на одноосное растяжение и длительную ползучесть, используется для прогнозирования зависимости деформации от времени в поликарбонатных компонентах интегрированного безопасного шприца Unifill FinesseTM. Прогнозы модели проверяются на основе долгосрочных данных в реальном времени, а также данных испытаний на ускоренное старение. Обычно эти тесты длится несколько месяцев.

Таким образом, благодаря этой работе трудоемкие дорогостоящие итерации проектирования посредством тестирования были сокращены до нескольких циклов с точным моделированием и прогнозированием деформации ползучести материала с использованием передовых нелинейных конститутивных моделей в ABAQUS, демонстрирующих, как моделирование методом конечных элементов управления может быть использовано в качестве эффективного инструмента в продукте. процесс разработки для экономии времени и средств, а также для более быстрого вывода на рынок высококачественной продукции. Читать статью полностью

Прогнозирование нелинейного вязкоупругого восстановления термопластичных полимеров с использованием модели параллельной реологической структуры (PRF) Abaqus, Мохаммед Карим, Чжэнью Чжан и Е Чжу, DuPont Performance Materials.

Аннотация: Термопластические полимеры демонстрируют значительное нелинейное вязкоупругое поведение, благодаря которому после снятия приложенной нагрузки эти материалы имеют некоторое вязкоупругое восстановление с течением времени до того, как произойдет остаточная деформация или схватывание. В этой работе модель Abaqus PRF используется для прогнозирования вязкоупругого восстановления, зависящего от времени. В отличие от линейной вязкоупругой модели в Abaqus, модель PRF может предсказывать типичное нелинейное вязкоупругое поведение термопластических материалов.

Для калибровки коэффициентов модели PRF используются два типа испытаний:релаксация напряжений и циклическая нагрузка на трех различных уровнях деформации. Инструмент оптимизации SIMULIA Isight используется для оптимизации этих коэффициентов. Используя оптимизированные коэффициенты, модель PRF может прогнозировать зависящее от времени нелинейное вязкоупругое восстановление термопластичных полимеров. Читать статью полностью

Совместное моделирование термомеханической ковки и влияние законов материальной части, Стюарт Браун, Наги Элаббаси и Эрик Шмитт, Veryst Engineering

Аннотация: Правильная конструкция горячей штамповки зависит от точного прогнозирования нагрузок штамповки, деформации материала и свойств материала. Это особенно верно для комбинированного термомеханического анализа, когда контакт штампа и заготовки изменяет локальные деформации и температуры. Эти деформации и термические истории могут изменить микроструктуру материала и полученные в результате свойства продукта.

В данной презентации рассматривается влияние различных материалов и моделей контактов в моделировании горячей штамповки и обсуждается их влияние на конечные характеристики продукта. Мы используем не зависящую от скорости пластичность и сравниваем результаты с внутренней переменной Ананда, вязкопластической моделью, доступной в Abaqus. Мы также используем различные условия контакта с различной чувствительностью к давлению для передачи тепла. Моделирование демонстрирует, что выбор основной модели оказывает сильное влияние на окончательные прогнозируемые свойства поковки. Читать статью полностью

Улучшение конструкции резинового протектора против тепловыделения при циклической нагрузке с использованием энергии деформации, Серджио Ариас, доктор Бахрам Сарбанди, Приянта Шривардене, Camso

Аннотация: Тепловыделение в резине - сложное явление, возникающее при циклической нагрузке на резиновый компонент. Развитие этого тепловыделения происходит из-за вязкоупругой природы резиновых смесей, которая возникает во время процессов загрузки и разгрузки, и это сложный механизм для количественной оценки. С момента изобретения резины было проведено множество исследований этого особого и характерного поведения резины. В течение последнего десятилетия или около того произошло множество прорывов в области тепловыделения, и коды конечных элементов начинают предлагать решения для изучения этого поведения.

Однако это все еще очень сложный параметр для измерения и проверки для практических целей. В результате, альтернативным способом разработки метода улучшения конструкции протекторов наших гусениц с учетом накопления тепла является изучение энергии деформации. Цель этого исследования - понять, как мы можем использовать энергию деформации, генерируемую при одном полном цикле нагрузки, и использовать ее для разработки нового, лучшего поколения протекторов, которые могут удовлетворить постоянно растущие требования к характеристикам в мире резиновых гусениц. Читать статью полностью

Прогноз FEA распределения температуры шин для бездорожья, В. Ньяаба, С. Фримпонг, Г. Сомуа-Дьима и Г. Галецки, Университет науки и технологий Миссури

Аннотация: Избыточное тепловыделение и удержание тепла в шинах сверхбольших самосвалов - одна из наиболее частых причин выхода из строя шин в горнодобывающей промышленности. Точное прогнозирование профиля рабочей температуры шины включает использование передовых численных моделей и схем решений для имитации полной реакции эластомерных материалов на условия эксплуатации. Тепло, выделяемое внутри шины, является функцией рассеяния ее вязкоупругой энергии во время качения. Предыдущие исследования неверно предсказали скорость и температуру тепловыделения внедорожных шин (OTR) за счет использования линейной вязкоупругости для аппроксимации довольно нелинейного вязкоупругого резинового материала.

В этой статье представлен точный подход к прогнозированию распределения температуры шин OTR с учетом истинного механического отклика наполненных резиновых смесей, используемых в шинах. Нелинейная вязкоупругость резины была смоделирована с использованием недавно реализованной системы параллельной реологии (PRF) в Abaqus. Данные испытаний на релаксацию напряжений для двух региональных соединений (протектора и каркаса) были использованы для калибровки параметров модели материала PRF с использованием компонента согласования данных Isight. Полностью объединенная процедура анализа термического напряжения в Abaqus / Explicit была принята для сравнения температурных распределений типичной шины Michelin 59 / 80R63, смоделированной с использованием двух теорий материалов:(i) линейной вязкоупругости и (ii) нелинейной вязкоупругости. Полученные результаты показывают, что распределение температуры шины более точно предсказывается моделью материала PRF, чем моделью серии Прони. Читать статью полностью

Хотите прочитать другие документы клиентов?

Если вы хотите прочитать другие доклады, представленные на конференции «Наука в эпоху опыта в 2016 году», пожалуйста, откройте полный текст материалов конференции . в учебном сообществе SIMULIA¹.