Solution of analysis of plastic parts with fibers with the company TD - IS

Co ale mohu spoèítat se sebelepším MKP systémem, když neznám rozložení vláken a mohu díl poèítat pouze jako isotropický a neznám zbytkové napìtí a deformace vzniklé pøi výrobì? Odpovìï je zøejmá: “Nic moc pøesného“. Naštìstí øešení existuje – propojení moldflow simulace a strukturální analýzy.

Výzvy pøi simulaci plastových dílù
Technici, kteøí používají MKP pro predikci chování a pevnosti plastových dílù záhy zjistí, že lineární materiálový model mùže podchytit pouze malé deformace, vìtšina výpoètù je ale bohužel velmi odlišná od skuteèného chování dílu. Dùvodem je to, že polymerní materiály mají pøevážnì nelineární odezvu napìtí-deformace. Pokud tedy nemám správné materiálové vlastnosti (napø. použiji lineárnì elastický model, zatímco oèekávám nelineární chování), pak mnì to nutí k „hádání“, co mi vlastnì výsledky øíkají. Pøidáním vláken do plastu pøidávám další úroveò složitosti materiálových vlastností. Díl je pochopitelnì pevnìjší, pokud jsou vlákna ve smìru zatížení. U jednoduchých plochých dílù vystaèím s jednoduchým ortotropním modelem, ale u vìtšiny reálných souèástí je to málo.

Autodesk Helius PFA
Øešením výše uvedených problémù je Autodesk Helius PFA spoleènì s Autodesk Moldflow a Autodesk Nastran In-CAD, popø. s jiným solverem (Abaqus, Ansys). Když použijete Helius a Moldflow , mùžete øešit vysoce nelineární problémy vèetnì plasticity, lokálního materiálového poškození a progresivního selhání. Toho je dosaženo pøenosem výrobních dat z Moldflow do Heliusu. Ten pak mapuje data z výrobního procesu do strukturální analýzy – viz obrázek níže.

Obr. 1: základní schéma výpoètu

Algoritmus øešení
Postup øešení lze zjednodušenì popsat následovnì :

1. Koneèno-prvkový model (napø. Nastran In-CAD)
2. Vytvoøení materiálu ve FEA pre-procesoru a aplikování izotropního materiálu dílu
3. Aplikování okrajových podmínek a obtížení, vytvoøení sítì
4. Definování typu analýzy
5. Vytvoøení vstupního souboru pro simulaci Moldflow model
6. Vytvoøení Moldflow modelu, vytvoøení sítì a umístìní vtokù
7. Moldflow simulace
8. Kontrola orientace vláken Helius PFA
9. Provázání obou modelù v Helius PFA – modul Advanced Material Exchange
   
   • Import FEA modelu
   • Import Moldflow modelu
10. Kontrola kompatibility sítí mezi obìma modely
11. Pøidání nelineárních dat
12. Øešení strukturální analýzy s Helius materiálem
13. Vyhodnocení výsledkù ve FEA (Nastran In-CAD)

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

Pro stávající uživatele aplikace Autodesk Moldflow je vhodné zmínit, že mapovat lze 3D elementy, popøípadì „midplane“ model na skoøepinové prvky ve FEA. Pro odlišné sítì v Moldflow a FEA platí, že hustota sítì a typ elementù mohou být rozdílné mezi Moldflow a strukturálním FEA, rovnìž geometrie mùže být rozdílná (napø. mohou být ve strukturální analýze oøezy a otvory, které v Moldflow analýze nejsou),  poloha obou modelù mùže být rùzná (Moldflow je obvykle dle formy, pevnostní výpoèet dle polohy v sestavì), materiál pøebírá Helius z Moldflow – potøebuje nelineární køivky napìtí-deformace ve 3 smìrech dle teèení pro 0, 45 a 90 stupòù.

A co kompozitní materiály?
Je vhodné zmínit, že Helius PFA vznikl pùvodnì pro výpoèty kompozitù. S ohledem na komplexnost a variabilitu vìtšina inženýrù preferuje u kompozitních materiálù konzervativní pøístup a používá simulaci FPF (First Ply Failure – poškození první vrstvy) – pøedpokládají, že když se poškodí jedna vrstva, lze konstrukci považovat za znièenou. Jiný pøístup nabízí metoda PFA (Progressive Failure Analysis – progresivní analýza poškození), která používá pokroèilé nelineární techniky pro výpoèet do stavu, kdy selže celý díl. To umožòuje výraznì pøesnìji simulovat chování celého modelu. Autodesk Nastran je prùmyslovým standardem pro øešení kompozitù metodou FPF, ale ve spojení s Helius PFA mùže ménì konzervativním inženýrùm nabídnout nové možnosti pøi vývoji kompozitù metodou PFA.

Co øíci na závìr?
Autodesk nabízí skuteènì komplexní portfolio nástrojù pro øešení plastových a kompozitních materiálù. Uživatelé mohou vytvoøit digitální prototyp svého výrobku a provést na virtuálním modelu vìtšinu simulací co se týèe jeho výroby i chování v reálném provozu. Navíc licenèní politika Autodesku, která je založena na pronájmu jejich øešení, Vás zákazníky ochrání pøed velkou poèáteèní investicí. Pokud Vás výše uvedené informace zaujaly a myslíte si, že by Vám popsané øešení mohlo pomoci, neváhejte se na nás obrátit – koneckoncù i my mìøíme naše úspìchy podle úspìchù Vás - našich zákazníkù.