ABAQUS: Symulacja wytłaczania dna puszki

ABAQUS to najbardziej wszechstronne i zaawansowane oprogramowanie do analizy i symulacji inżynierskiej w gamie produktów Dassault Systèmes. Jego solver pozwala na nieograniczone symulowanie zjawisk fizycznych z praktycznie każdej gałęzi przemysłu.

Symulacja wytłaczania dna puszki

W tym artykule pokaże symulacje wytłaczania dna puszki w solverze ABAQUS Explicit. Analiza polega na zamodelowaniu ścianki puszki i ustawieniu interakcji z elementami, które będą ją modelować do oczekiwanego kształtu. Ta symulacja jest quasi-statyczna; jest przybliżona i upraszcza pewne aspekty.

Proces formowania jest symulowany w ABAQUS/Explicit; Jedną z zalet stosowania ABAQUS/Explicit do symulacji formowania metali jest taki, że rozwiązuje skomplikowane warunki kontaktu łatwiej niż ABAQUS/Standard.

Rozpoczynamy w module part, w którym rysujemy naszą geometrię lub pojedyncze części, które możemy przetworzyć na modele 3D, tzw. modele „part”. Istnieje również możliwość pełnego importu modeli stworzonych w innych programach, takich jak SOLIDWORKS.

Następnym krokiem jest przypisanie naszego modelu do materiału i ustawienie tzw. sekcji i setów, które są potrzebne do dalszych ustawień analizy.

Kiedy pojedyncze modele mają przypisane właściwości, możemy je złożyć w module assembly oraz dodać krok czasowy. W module step ustawiamy czas i szybkość naszego formowania. Przez rodzaj sytuacji wybieramy rodzaj Dynamic i solver Explicit. Przy kroku czasowym, aby uzyskać płynną animację, warto ustawić amplitudę do kroku czasowego.

Kolejnym zadaniem jest zdefiniowanie kontaktu półfabrykatu z matrycą i stemplem. Aby utworzyć dno puszki, przesuniemy stempel przesuwając jego sztywne odniesienie do ciała o 0,015m w kierunku ujemnym. Przemieszczenie stempla zostanie zastosowane jako forma warunku brzegowego przemieszczenia. W programie ustawiony został generalny kontakt całego modelu oraz tarcie pomiędzy modelami. Wybrany został rodzaj tarcia „penalty” z współczynnikiem tarcia o wartości 0,1.

W module Load ustawiamy wszelkie obciążenia i warunki brzegowe, które zadziałają na model w analizie. Tutaj są to utwierdzenia które symulują przebieg wytłaczania. Dzięki nim model blachy zostanie wepchnięty pomiędzy ruchome stemple i uformowany w dno puszki. Kolejną częścią jest już stworzenie podstawowej siatki MES i utworzenie pliku symulacji, odpowiednio w modułach Mesh i Job.

Po przetworzeniu naszej analizy, przechodzimy do modułu Visualization, gdzie powstały wyniki. Tutaj możemy wybrać jaki rodzaj wyników chcemy zobaczyć i dopasować wszystkie dane do naszych potrzeb. Możemy stworzyć wykresy XY oraz uzyskać animację jak składa się nasza puszka.

Wykorzystując możliwości ABAQUS w module Visualization, możemy bez problemu uzyskać wykresy XY do naszych badań oraz wiele więcej. Na wykresie powyżej zaprezentowany został stosunek Strain do Stress, bardzo przydatny do analizy wytrzymałościowej.

Aby uzyskać widok 3D w przypadku naszej geometrii, musimy rozwinąć obszar blachy przez opcję Sweep o 180 stopni. Musimy wybrać opcję wyświetlania View→ODB z paska menu głównego. Na stronie ODB z zakładkami wybrać Sweep/Extrude i zaakceptować ustawienia domyślne na rozwinięcie modelu. Dzięki temu możemy zobaczyć symulację i wyniki dla modelu 3D.

Następnie w podobny sposób w opcji Lustro, możemy uzyskać pełne dno, czyli pełny model, a do niego wyniki. Dzięki temu możemy małym kosztem obliczeniowym dostać pełny model 3D. Szybsza symulacja i małe wielkości plików przy przydatnej pełnej wizualizacji.

Podsumowując: w programie ABAQUS możemy szybko uzyskać analizę wytłaczania z pełnym formowaniem. Jest to zasługa obliczeń Dynamic w solverze Explicit, która pozwala na odkształcenie materiału. Niskim kosztem pamięci komputera, dostajemy analizę na bazie 2D, którą w kilku krokach możemy przekształcić w model trójwymiarowy do wizualizacji wyników. Jest to tylko mała dawka tego, do czego stworzony został program ABAQUS.

Autor: Adam Janas