Экспертные инсайты: Продвинутое конститутивное моделирование в Abaqus с конференции Science in the Age of Experience 2016

Этот пост ссылается на клиентские доклады, представленные на конференции Science in the Age of Experience 2016, посвященной продвинутому моделированию материалов. Я был председателем сессии для нескольких из этих презентаций.

Одной из основ любой передовой работы с программным обеспечением Abaqus является обсуждение продвинутого моделирования материалов (конститутивного моделирования). Это обсуждение имеет тенденцию охватывать многие или все отрасли, и недавняя конференция Science in the Age of Experience не стала исключением. Было много докладов и презентаций наших клиентов об использовании продвинутых моделей материалов как в Abaqus/Standard, так и в Abaqus/Explicit. Некоторые из этих докладов были представлены в рамках выделенного отраслевого трека, в то время как другие — в треках «Материалы» или «Композиты».

Выделяются две темы продвинутого моделирования материалов:

1. Лучшие модели материалов для полимеров и пластмасс.
2. Фокус на моделировании термомеханически сопряженных событий и процессов с высокоточными моделями материалов.

Пользователи Abaqus во многих отраслях работают над лучшими моделями материалов для эластомеров, полимеров и пластмасс. Доклады فولгерса (эластомер), Паннирсельвама (полимер) и Карима (полимер) демонстрируют движение к моделям материалов более высокой точности. Последние два доклада также демонстрируют использование новой модели PRF (Parallel Rheological Framework) в Abaqus для захвата нелинейной вязкоупругости.

Доклады Брауна, Ариаса и Ньяаба демонстрируют тему моделирования термомеханически сопряженных событий или процессов. Первый доклад фокусируется на металлах в процессах ковки, а последние два — на резиновых применениях, где механическая гистерезис генерирует значительное тепло. Доклад Ньяаба затрагивает и использование новой модели PRF (для нелинейной вязкоупругости), и ее применение в шиномном приложении, которое генерирует тепло из-за вязкоупругой гистерезиса резины.

Прогнозирование и проектирование интегрированного безопасного шприца для срока годности с использованием продвинутых нелинейных конститутивных моделей в Abaqus, Динеш Паннирсельвам, Скотт Руссо, Джйоти Гупта, Unilife Medical Solutions

Аннотация: Медицинская отрасль устройств — строго регулируемая отрасль, где безопасность пациента является первостепенной. Обеспечение наивысшего качества и безопасности пациента требует, чтобы устройство работало как задумано с момента производства, на протяжении срока годности продукта и во время использования. Пластмассы, используемые в медицинских устройствах, могут подвергаться деградации механических свойств со временем в течение срока годности продукта в зависимости от конструкции устройства. Поэтому важно учитывать этот аспект поведения пластмасс при выборе материала и проектировании устройства.

Пластмассы под постоянной нагрузкой в течение длительных периодов времени демонстрируют ползучесть. Тестирование устройств на ползучесть может быть длительным процессом, часто приводящим к задержке итераций проектирования для достижения оптимального дизайна и, следовательно, времени выхода на рынок. Вычислительное моделирование и КЭМ-симуляции с продвинутыми моделями материалов могут предсказывать поведение материала с высокой степенью точности и давать глубокие инсайты о том, как устройство будет работать со временем, что приводит к ценной обратной связи для итераций проектирования и часто сокращает циклы итераций проектирования.

В этой работе кратковременное и долгосрочное поведение поликарбоната моделируется с использованием гиперупругой нелинейной вязкоупругой модели на основе параллельного реологического фреймворка. Конститутивная модель калибруется против данных уннаксиального растяжения и долгосрочных испытаний на ползучесть, используется для предсказания деформации как функции времени в компонентах из поликарбоната интегрированного безопасного шприца Unifill FinesseTM. Предсказания модели валидируются против долгосрочных реальных и ускоренных испытаний на старение. Обычно эти тесты длятся месяцами.

В итоге, благодаря этой работе, затратные по времени итерации проектирования через тестирование были сокращены до нескольких циклов с точным моделированием и предсказанием ползучести материалов с использованием продвинутых нелинейных конститутивных моделей в ABAQUS, демонстрируя, как КЭМ-симуляции могут быть использованы как эффективный инструмент в процессе разработки продукта для экономии времени и затрат и быстрого вывода качественных продуктов на рынок. Прочитать полный доклад

Предсказание нелинейного вязкоупругого восстановления термопластичных полимеров с использованием модели Abaqus Parallel Rheological Framework (PRF), Мохамед Карим, Чжэнью Чжан и Е Чжу, DuPont Performance Materials

Аннотация: Термопластичные полимеры демонстрируют значительное нелинейное вязкоупругое поведение, из-за которого, после снятия приложенной нагрузки, эти материалы имеют некоторое вязкоупругое восстановление со временем перед тем, как произойдет постоянная деформация или усадка. В этой работе модель PRF Abaqus используется для предсказания этого временно-зависимого вязкоупругого восстановления. В отличие от линейной вязкоупругой модели в Abaqus, модель PRF может предсказывать типичное нелинейное вязкоупругое поведение термопластичных материалов.

Два типа тестирования, релаксация напряжения и циклическая нагрузка на трех разных уровнях деформации, используются для калибровки коэффициентов модели PRF. Инструмент оптимизации SIMULIA Isight используется для оптимизации этих коэффициентов. Используя оптимизированные коэффициенты, модель PRF способна предсказывать временно-зависимое нелинейное вязкоупругое восстановление термопластичных полимеров. Прочитать полный доклад

Сопряженные термомеханические симуляции ковки и влияние конститутивных законов материалов, Стюарт Браун, Наги Элаббаси и Эрик Шмитт, Veryst Engineering

Аннотация: Правильный дизайн горячей формовки основан на точном предсказании нагрузок формовки, деформации материала и свойств материала. Это особенно верно для сопряженных термомеханических анализов, где контакт штамп/заготовка изменит локальные деформации и температуры. Эти деформации и тепловые истории могут менять микроструктуру материала и итоговые свойства продукта.

Эта презентация изучает влияние разных материалов и контактных моделей в симуляции горячей ковки и обсуждает последствия для конечной производительности продукта. Мы используем скорость-независимую пластичность и сравниваем результаты с моделью вязкопластичности с внутренней переменной Ананда, доступной в Abaqus. Мы также используем разные контактные условия с переменной чувствительностью к давлению для теплопередачи. Симуляции демонстрируют, что выбор конститутивной модели сильно влияет на конечные предсказанные свойства ковки. Прочитать полный доклад

Улучшение резиновых протекторов против накопления тепла при циклической нагрузке с использованием энергии деформации, Серхио Ариас, д-р Бахрам Сарбанди, Приянта Сривардене, Camso

Аннотация: Генерация тепла в резине — сложное явление, возникающее при циклической нагрузке резинового компонента. Развитие этого накопления тепла происходит из вязкоупругой природы резиновых смесей в процессах нагрузки и разгрузки, и это сложный механизм для численного квантования. Много исследований по этому особенному и характерному поведению резины проводилось по сути с момента изобретения резины. За последнее десятилетие было сделано множество прорывов в области генерации тепла, и коды КЭМ начинают предоставлять решения для изучения этого поведения.

Однако это все еще очень сложный параметр для измерения и валидации для практических целей. В результате альтернативный способ придумать метод улучшения дизайнов протекторов в наших гусеницах против развития накопления тепла — изучить энергию деформации. Цель этого исследования — понять, как мы можем использовать энергию деформации, генерируемую под одним полным циклом нагрузки, и использовать это для проектирования нового и лучшего поколения протекторов, которые могут отвечать постоянно растущим требованиям производительности в мире резиновых гусениц. Прочитать полный доклад

КЭМ-предсказание распределения температуры внедорожной шины, У. Ньяаба, С. Фримпонг, Г. Сомуа-Джима и Г. Галецки, Миссурийский университет науки и технологий

Аннотация: Избыточная генерация и удержание тепла в ультракрупных самосвалах является одной из самых частых причин отказа шин в поверхностной горной промышленности. Точное предсказание профиля температуры работающей шины предполагает использование продвинутых числовых моделей и схем решения для имитации полного ответа эластомерных материалов на условия эксплуатации. Внутренне генерируемое тепло в шине является функцией ее вязкоупругой диссипации энергии при качении. Предыдущие исследовательские работы неточно предсказывали скорости генерации тепла и температуры внедорожных (OTR) шин, используя линейную вязкоупругость для аппроксимации скорее нелинейной вязкоупругой резины.

Эта работа представляет точный подход к предсказанию распределения температур OTR шин с учетом истинного механического ответа заполненных резиновых соединений, используемых в шинах. Нелинейная вязкоупругость резины моделировалась с использованием недавно внедренного параллельного реологического фреймворка (PRF) в Abaqus. Данные тестов на релаксацию напряжения для двух региональных соединений (протектор и корпус) использовались для калибровки параметров материальной модели PRF с использованием компонента сопоставления данных Isight. Полностью сопряженная термо- Напряженная процедура анализа в Abaqus/Explicit была принята для сравнения распределений температуры типичной шины Michelin 59/80R63, смоделированной с использованием двух материальных теорий: (i) линейная вязкоупругость, и (ii) нелинейная вязкоупругость. Полученные результаты показывают, что распределения температур шин более точно предсказываются материальной моделью PRF, чем моделью ряда Прони. Прочитать полный доклад

Хотите прочитать больше клиентских докладов?

Если вы заинтересованы в чтении других докладов, представленных на Science in the Age of Experience 2016, пожалуйста, обратитесь к полным материалам конференции в SIMULIA Learning Community¹.