Spojení ANSYS classic s AUTODESK Moldflow. MATĚJ BARTECKÝ Continetal automotive systems s.r.o.

Transkript

1 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 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 1

2 2 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 E x 2

3 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. m v = F t (1) 3

4 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. 4

5 Obrázek 5 první hlavní napětí Obrázek 6 ekvivalentní napětí 5

6 4 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. za podporu při práci na tomto projektu. Literatura: ANSYS release 14 documentation Kontakt: Kopanská 1713;74401;Frenštát pod Radhoštěm 6