Rie�enie anal�zy plastov�ch dielov s vl�knami so spolo�nos�ou TD - IS

Co ale mohu spo�ítat se sebelepším MKP systémem, kdy� neznám rozlo�ení vláken a mohu díl po�ítat pouze jako isotropický a neznám zbytkové nap�tí a deformace vzniklé p�i výrob�? Odpov�� je z�ejmá: “Nic moc p�esného“. Našt�stí �ešení existuje – propojení moldflow simulace a strukturální analýzy.

Výzvy p�i simulaci plastových díl�
Technici, kte�í pou�ívají MKP pro predikci chování a pevnosti plastových díl� záhy zjistí, �e lineární materiálový model m��e podchytit pouze malé deformace, v�tšina výpo�t� je ale bohu�el velmi odlišná od skute�ného chování dílu. D�vodem je to, �e polymerní materiály mají p�evá�n� nelineární odezvu nap�tí-deformace. Pokud tedy nemám správné materiálové vlastnosti (nap�. pou�iji lineárn� elastický model, zatímco o�ekávám nelineární chování), pak mn� to nutí k „hádání“, co mi vlastn� výsledky �íkají. P�idáním vláken do plastu p�idávám další úrove� slo�itosti materiálových vlastností. Díl je pochopiteln� pevn�jší, pokud jsou vlákna ve sm�ru zatí�ení. U jednoduchých plochých díl� vysta�ím s jednoduchým ortotropním modelem, ale u v�tšiny reálných sou�ástí je to málo.

Autodesk Helius PFA
�ešením výše uvedených problém� je Autodesk Helius PFA spole�n� s Autodesk Moldflow a Autodesk Nastran In-CAD, pop�. s jiným solverem (Abaqus, Ansys). Kdy� pou�ijete Helius a Moldflow , m��ete �ešit vysoce nelineární problémy v�etn� plasticity, lokálního materiálového poškození a progresivního selhání. Toho je dosa�eno p�enosem výrobních dat z Moldflow do Heliusu. Ten pak mapuje data z výrobního procesu do strukturální analýzy – viz obrázek ní�e.

Obr. 1: základní schéma výpo�tu

Algoritmus �ešení
Postup �ešení lze zjednodušen� popsat následovn� :

1. Kone�no-prvkový model (nap�. Nastran In-CAD)
2. Vytvo�ení materiálu ve FEA pre-procesoru a aplikování izotropního materiálu dílu
3. Aplikování okrajových podmínek a obtí�ení, vytvo�ení sít�
4. Definování typu analýzy
5. Vytvo�ení vstupního souboru pro simulaci Moldflow model
6. Vytvo�ení Moldflow modelu, vytvo�ení sít� a umíst�ní vtok�
7. Moldflow simulace
8. Kontrola orientace vláken Helius PFA
9. Provázání obou model� v Helius PFA – modul Advanced Material Exchange
   
   • Import FEA modelu
   • Import Moldflow modelu
10. Kontrola kompatibility sítí mezi ob�ma modely
11. P�idání nelineárních dat
12. �ešení strukturální analýzy s Helius materiálem
13. Vyhodnocení výsledk� ve FEA (Nastran In-CAD)

Pro lepší pochopení jsou ní�e uvedeny obrázky – vlevo obecné schéma, vpravo �ešení s Nastran In-CAD.

Pro stávající u�ivatele aplikace Autodesk Moldflow je vhodné zmínit, �e mapovat lze 3D elementy, pop�ípad� „midplane“ model na sko�epinové prvky ve FEA. Pro odlišné sít� v Moldflow a FEA platí, �e hustota sít� a typ element� mohou být rozdílné mezi Moldflow a strukturálním FEA, rovn� geometrie m��e být rozdílná (nap�. mohou být ve strukturální analýze o�ezy a otvory, které v Moldflow analýze nejsou),  poloha obou model� m��e být r�zná (Moldflow je obvykle dle formy, pevnostní výpo�et dle polohy v sestav�), materiál p�ebírá Helius z Moldflow – pot�ebuje nelineární k�ivky nap�tí-deformace ve 3 sm�rech dle te�ení pro 0, 45 a 90 stup��.

A co kompozitní materiály?
Je vhodné zmínit, �e Helius PFA vznikl p�vodn� pro výpo�ty kompozit�. S ohledem na komplexnost a variabilitu v�tšina in�enýr� preferuje u kompozitních materiál� konzervativní p�ístup a pou�ívá simulaci FPF (First Ply Failure – poškození první vrstvy) – p�edpokládají, �e kdy� se poškodí jedna vrstva, lze konstrukci pova�ovat za zni�enou. Jiný p�ístup nabízí metoda PFA (Progressive Failure Analysis – progresivní analýza poškození), která pou�ívá pokro�ilé nelineární techniky pro výpo�et do stavu, kdy sel�e celý díl. To umo��uje výrazn� p�esn�ji simulovat chování celého modelu. Autodesk Nastran je pr�myslovým standardem pro �ešení kompozit� metodou FPF, ale ve spojení s Helius PFA m��e mén� konzervativním in�enýr�m nabídnout nové mo�nosti p�i vývoji kompozit� metodou PFA.

Co �íci na záv�r?
Autodesk nabízí skute�n� komplexní portfolio nástroj� pro �ešení plastových a kompozitních materiál�. U�ivatelé mohou vytvo�it digitální prototyp svého výrobku a provést na virtuálním modelu v�tšinu simulací co se tý�e jeho výroby i chování v reálném provozu. Navíc licen�ní politika Autodesku, která je zalo�ena na pronájmu jejich �ešení, Vás zákazníky ochrání p�ed velkou po�áte�ní investicí. Pokud Vás výše uvedené informace zaujaly a myslíte si, �e by Vám popsané �ešení mohlo pomoci, neváhejte se na nás obrátit – koneckonc� i my m��íme naše úsp�chy podle úsp�ch� Vás - našich zákazník�.