XX. ANSYS Conference and SVSFEM/CADFEM User’s meeting 2012
SVSFEM s.r.o
Spojení ANSYS classic s AUTODESK Moldflow
MATĚJ BARTECKÝ
Continetal automotive systems s.r.o.
Abstract:
The paper solves base simulation of mechanical loading on exported data from numerical
simulation of Moldflow. Inputs were finite element mesh include aproximetly 9 milion
decrease of freedom and 1,5 milion definition of material parameters with residual
stresses. The inputs were made by AUTODESK Moldflow.
Keywords: Ansys, autodesk moldflow, drop test,
1
Úvod
Jednou velkou nejistotou v oblasti kalkulací plastových dílců je vždy materiál. V
mnoha případech se uvažuje isotropní elastický model, který mnohdy s realitou nemá nic
společného. Za těchto a mnoha další důvodů je vhodné nejprve provést kalkulaci zatékání
plastové hmoty ve formě a její následné chladnutí, která odhalí slabá místa jako jsou
lunkry, studené spoje, orientaci a distribuci skelných vláken. Následně lze optimalizovat
jak tvar součásti, tak i parametry vstřikovacího procesu, které značně ovlivňují
mechanickou odolnost dílce. Níže blíže specifikovaný případ je celý založen na
exportovaných datech z AUTODESK Moldflow. Kompletní model je diskretizován přibližně
1,5 milionem lineárních elementů s 6 stupni volnosti v každém uzlu s obecnou definicí
materiálu pro každý z nich. Dále je použito přibližně 15 000 kontaktních elementů
zajišťujících interakci mezi jednotlivým tělesy. Numerickým modelem je řešen případ
nárazu na pevnou překážku popsanou skořepinovými prvky shell181.
Obrázek 1 – importovaná sít konečných prvků
http://aum.svsfem.cz
1
XX. ANSYS Conference and SVSFEM/CADFEM User’s meeting 2012
2
SVSFEM s.r.o
Materiál metodika
Exportem z moldflow vzniknou soubory:

.cdb

.mts

.ist

.db
Input.cdb obsahuje informace:

Pozice uzlů, elementů

Typ použitých prvků

Přiřazení materiálového čísla k elementům

Přiřazení lokálních souřadných systémů elementům
Zajímavý může být například dnes již nepodporovaný lineární element solid72, který má v
uzlových bodech kromě standartních stupňů volnosti v posunutí také i rotace. Tento
element se ale v průběhu načítání scriptu změní na standartní solid187 a následně jsou i
přidány mezi-uzly. Nicméně po pár jednoduchých testech bylo zváženo, zda-li je vůbec
nutná tato změna. V případě dostatečného dělení je možno založit numerickou analýzu i
na těchto lineárních elementech bez výrazné ztráty přesnosti. Ziskem je mnohem rychlejší
běh výpočtu, naopak nevýhodou je chybějící dokumentace. Neméně důležité jsou lokální
souřadné systémy elementů, které definují směry pro anisotropní materiálový model tedy
počet materiálových modelů se musí rovnat počtu souřadných systémů.
Input.mts obsahuje informace o materiálu. V průběhu scriptu jsou načteny anisotropní
parametry pro každý element sítě a stočeny dle příslušného lokálního souřadného
systému.
Obrázek 2 – rozložení materiálových vlastností Ex
http://aum.svsfem.cz
2
XX. ANSYS Conference and SVSFEM/CADFEM User’s meeting 2012
SVSFEM s.r.o
Input.ist následně přiřadí zbytková napětí do integračních bodů elmentů a z nich jsou
následně zkopírovány do uzlů.
Obrázek 3 – residuální napětí řez stěnou - HMH
Posledním krokem je výpočet, tím zapsání zbytkových napětí do databáze.
3
Výsledky
Tyto vstupní informace byly doplněny o další díly, které mohou výrazně ovlivnit
výsledky analyzovaného dílce a celý model je záměrně natočen tak, aby zatížení bylo
koncentrováno na nejslabší místo produktu. Pro druhý díly jsou nastaveny standardní
podmínky a to lineární isotropní materiál, popsaný solid185 elementy.
Kontakt mezi tělesy je proveden pomocí conta173 elementů využívajících pure
penality algoritmus s detekcí na gaussových bodech. Tuhost těchto kontaktů byla
postupně zpřesňována na finální hodnotu penetrace 5e-3. Kde se již výrazně neměnily
hodnoty napětí a kontaktních tlaků.
Oda dílce jsou ve své horní části drženy okrajovou podmínkou, která posouvá komplentí
sestavu do nárazu na betonovou podlahu. Ta je uvažována jako dokonale tuhá a je
diskretizována pomocí lineárních skořepinových elementů shell181 založených na
mindlinově teorii. Konečné zatížení je zvoleno podle výpočtu podobného dílce
zpracovaného již v minulosti v ANSYS explicit a potrvzeno jednoduchým analytickým
výpočtem založeným na momemntu hybnosti a impulzu síly.
∙∆ =
∙
(1)
http://aum.svsfem.cz
3
XX. ANSYS Conference and SVSFEM/CADFEM User’s meeting 2012
SVSFEM s.r.o
Pro výpočet byl použit distribuovaný přímý řešič SPARSE společně s Newton –
raphsonovou iterační procedurou. Criteria pro iterační proces byla ponechána původní.
Celé řešení probíhalo na 14 jádrech a ve špičce potřebovalo okolo 53Gb RAM. Doba
řešení jednoho substepu a záloveň loadstepu byla přibližně 15min.
Obrázek 4 – model pro výpočet
Na analyzovaných dílcích je sledováno poměrně mnoho veličin zejména však velikosti
složek napětí na kritickém místě silně nepříznivě ovlivněném výrobním procesem. Pro toto
místo byly v laboratoři naměřeny hodnoty kritické při kterých dojde k porušení.
Nejdůležitější z nich je deformační chování během nárazu, kde lze snadno pozorovat,
které oblasti během testu došly do kontaktu a kde naopak k dotykům vůbec nedošlo, a
tedy je nutné je dále optimalizovat.
http://aum.svsfem.cz
4
XX. ANSYS Conference and SVSFEM/CADFEM User’s meeting 2012
SVSFEM s.r.o
Obrázek 5 – první hlavní napětí
Obrázek 6 – ekvivalentní napětí
http://aum.svsfem.cz
5
XX. ANSYS Conference and SVSFEM/CADFEM User’s meeting 2012
4
SVSFEM s.r.o
Závěr
Značným ziskem tohoto spojení je velmi přesný materiálový popis produktu, který
respektuje rozložení a směr skelných vláken spolu s uvažováním vměstků a studených
spojů viz. Obrázek 2. Všechny tyto defekty jsou zahrnuty v konečných hodnotách modulů
pružnosti a poissonových konstant v jednotlivých směrech. Během řešení tohoto případu
se autor setkal s značnými potížemi, ohledně nemožnosti načíst spočtený výsledkový
soubor, požadavek na velikost paměti RAM byl mnohonásobně vyšší než limit použité
stanice HP Z820 s 128GB RAM. Z tohoto důvodu byly nastaveny podmínky výpočtu tak
že loadstep = substep a při každém loadstepu byla vytvořena separátní databáze, která
obsahovala ony výsledky.
Na základě výše uvedených dat bylo možné rozhodnout zda-li produkt vyhoví
specifikaci s možností snadno a lehce model virtuálně modifikovat.
Poděkování
Zejména Ing. Laszlo Ivánovi, Ph.D a Doc. Petru Koňasovi, Ph.D z firmy SVSFEM s.r.o. za
podporu při práci na tomto projektu.
Literatura:
ANSYS release 14 documentation
Kontakt:
Kopanská 1713;74401;Frenštát pod Radhoštěm
http://aum.svsfem.cz
6
Download

Bartecky: SPOJENI ANSYS CLASSIC S AUTODESK MOLDFLOW.pdf