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ABAQUS/Standard是一种通用的分析模块,可用于解决各种线性和非线性问题,例如静力、动力、热以及电响应问题。然而其隐式分析程序经常会受到材料退化和失效的影响,导致收敛困难,使分析难以继续进行。
ABAQUS/Explicit能非常好地解决这个问题。在模拟过程中,该软件的材料刚度可以逐步退化,降低最终至零。在这个过程中,单元会从模型中完全删除,这非常符合实际情况。因此,本文结合了ABAQUS/Standard和Explicit来分析塑料泡沫制造机在启动过程中材料失效的问题。
有限元模型建立
此模型包含内腔、外腔、轴/螺栓和叶轮。该有限元模型由六面体和四边形等几何形状构成,如图一所示。
材料模型
本文所使用的材料模型采用具备损伤失效参数的完全非线性材料。当内腔壁因载荷作用而产生裂纹并不断扩展至发生撕裂时,失效单元会被剔除。
工况描述
工况一:使用ABAQUS/Standard模拟装配应力。采用ABAQUS/Standard中的Shrink功能,模拟零件之间的装配关系,并输出接触力、位移、应力和应变等结果,以供第二步使用。
工况二:需要使用ABAQUS/Explicit进行材料破坏失效过程的模拟,并开启ABAQUS的重启功能,引用工况一的结果,以实现对新增载荷历史的响应计算。重启动分析指的是重新启动一次模拟,计算模型对新增载荷历史的反应。在此过程中,所使用的模型必须与在原始分析中到达重启动时刻采用的模型完全相同。换句话说,重新启动分析模型时不能修改或添加原始分析模型中已定义几何体、网格、材料、截面、材料方向、相互作用性质或约束,也不能修改重启动时或之前的任何分析步、载荷、边界条件、场或相互作用。
结果分析
客户在本次分析中关心的问题主要包括两个方面:其一是在尽可能小的载荷作用力下材料是否会被均匀地撕裂,以便及时地按比例产生泡沫;其二是螺栓力矩的大小。为求解这些问题,本文基于六套优化设计进行计算,包括一个baseline和五个Iteration。具体信息见表一:
图4是Iteration5中材料破坏过程。
下面是各个设计计算工况下的螺栓力曲线图:
通过上述分析计算,我们可以看出在第五次迭代中,当混合器扭矩为3.4Nm,内腔薄壁处厚度为0.5mm时,该塑料制泡沫的撕裂程度均匀且撕裂长度约为70%。这种情况下,所盛装配料能够很好地混合并产生泡沫,符合产品的使用要求。
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