Abaqus教程之挤吹工艺仿真
挤吹工艺广泛应用在HDPE塑料制品生产工艺中,常见的经过挤吹工艺生产的商品包装有:洗发水瓶体、洗衣液瓶体、固体颗粒类药品瓶体、桶装调味品、油桶、汽车零配件等。
一般做挤吹工艺仿真,CAE工程师首先收到下图所示类瓶体模型,大多数时候,我们收到的瓶体模型是STP实体格式的。我们第一步是导入模型,具体步骤如下: Abaqus-->File-->Import-->Part 选择零件格式为STP,然后点击 OK 导入零件模型。
我们然后确定分模面,一般瓶体为对称结构,我们选凸起的特征处的中心线方位确定模型的分模面,如上图所示,水平中线位置为分模面位置。要切分几何,我们首先要建立一个参考面:Abaqus-->Tools-->Datum-->Plane-->3 points, 我们采用3点法生成参考面。或者点击下图所示快捷功能按钮:
Abaqus能够捕获几何模型上的点,以黄色小点标识:
我们顺利创建参考面后,就可以对瓶体进行切分了:Abaqus-->Tools-->Partition-->Face-->Use Datum Plane, 或者点击:
此时,Abaqus会自动选择好瓶体准备切分,按照提示选择好参考面对瓶体外表面进行切分即可。
然后对切分后的实体模型part进行复制,因为我们要把这个模型做成模具的上下两部分,复制后分别对两个part进行重命名,一个叫 Down、另一个叫 Up (这里名字随意叫,只是为了区分)
下面要做的就是分别把两个part对应的多于半边模型去除,我们采用拉伸切割放方法实现:Abaqus-->Shape-->Cut-->Extrude,或者:
然后选择刚才建立的参考面为草绘面,选择草绘的右边参考(选择模型右侧的一根直线即可),在草绘界面绘制一个可以覆盖全部模型的矩形即可,点击确定。然后选择拉伸切除方向,选择 Through all 即可,我们最终要得到如下的两个part, 其装配相对位置如下:
接下来,我们首先用抽壳的方法得到瓶体外表面。步骤如下:Abaqus-->Shape-->Shell-->From Solid, 也可以点击Part模块下的工具图标快速启动抽壳功能:
启动抽壳功能之后,选择要抽壳的实体模型,然后点击确定或者点击鼠标中间确定,就得到瓶体外表面。
然后对两个part添加压面,通过草绘平面的方法:Abaqus-->Shell-->Planar, 或者选取:
同样,选择之前创建的参考面作为草绘面,选择模型高度方向直线作为右参考边,进行草绘。要利用 Project Edges工具,
把切面上的轮廓线转化成实线,同时画出外围压面外边框。注意相对尺寸,画的太宽会增加网格,以实际模具尺寸为准。
画完之后确定,我们可以分别得到两个part,如下所示:
下面,我们创建挤吹的瓶胚模型:
完成瓶胚建模之后,进行仿真模型装配,如下即可:
这时候,应该给瓶体上下两个模具part改一下属性:
把part类型改为离散刚体,仅需对part画网格即可,不用赋予材料属性。计算过程中以刚体形式存在。
然后分别对每个模具part指定参考点:Abaqus-->Tools-->Reference Point... ,以后在给模型定义边界条件时,仅需定义两个part的参考点的位置约束即可实现压模的过程。
剩下的工作包含:定义材料属性-->创建Membrane Section-->给瓶胚赋予属性。(膜单元对于仿真吹塑类模型比较合适); 定义显式动力学分析步(Dynamic Exlicit ),适当使用质量缩放来提高计算速度,一般20倍Mass Scaling,这里有重点啊,一定注意要(Uniformly)均布、均布、均布,选 if below可能造成局部小单元密度过大,该处变形不协调。
; 创建接触,对于显式动力学分析,一般创建通用接触即可; 对模具参考点在 Load模块定义边界条件,对瓶胚设定压强载荷条件并使用适当的加压曲线; 最后对所有instance 画网格,一般模具采用1mm网格, 瓶胚采用 0.5mm网格,需要比较精细的结果可以采用0.2mm网格;画网格之后,要把腔体内部面上的网格删除,因为计算的时候,哪里有网格,哪里就有参与计算的结构。
最后说一下重点啊,前面怎么建模都可以,就是不要定义阻尼(材料、接触)!否则你的模型将算的巨慢,呜呜。。。血的教训啊!
关于瓶胚加压曲线,这里需要讨论一下。要根据实际需求创建加载历程,如下:我们可能需要在瓶胚达到不同的膨胀半径的工况下开始加紧模具,并对胚料进行压切。
不同的状态下,模具加紧,对瓶体厚度分布有很大影响。所以CAE工程师要根据需求,设计不同的加压曲线。
最后,进入Job模块你就可以创建一个分析工作,提交计算,等着看结果。说明一下,Abaqus算吹塑仿真,速度杠杠滴!你会在起身还没泡好茶的情况下发现Abaqus已经开始飞速给你写ODB文件了(有点夸张哈),算完就该看计算结果了。
Abaqus能够在后处理中创建瓶壁某一切口上有节点组成的Path,还能够基于Path提取瓶体沿指定切口线上的厚度分布数据;或者直接得到整个瓶体有效部分厚度分布 STH 的结果数据、以及用料量 (g) 。
挤吹工艺仿真动画: