SW PRO INŽENÝRSKÉ APLIKACE

Transkript

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ KATEDRA STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE SW PRO INŽENÝRSKÉ APLIKACE ROZVOJOVÝ PROJEKT Program na rozvoj přístrojového vybavení a moderních technologií rok 2010 prof. Dr. Ing. Petr Lenfeld, vedoucí katedry strojírenské technologie Technická univerzita v Liberci, Studentská 2, Liberec tel.: , fax.: , mobil: petr.lenfeld@tul.cz,

2 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ PRŮZKUM TRHU Program ANSYS, Inc. od firmy SVS FEM s.r.o. Výhody Nejrozšířenější simulační program na světě Velké množství výstupů Vysoké zastoupení na trhu při řešení FEM Nevýhody Příliš všeobecný pro simulace svařování Neobsahuje modul pro tvorbu zdrojů tepla Neobsahuje materiálovou databázi s požadovanými daty Výhody Program ABAQUS od firmy SYNERMA Program SYSWELD od firmy ESI Group. Nejrozšířenější simulační program v oblasti tavného svařování Možnost jednoduché simulace tepelného zpracování Možnost výpočtu fázových transformací Modul pro jednoduchou tvorbu modelů zdruójů tepla Materiálová databáze základních ve strojírenství používaných materiálů Nevýhody Nutnost tvorby modelů ve vlastním programu Poměrně vysoká složitost při zadávání simulačních výpočtů Delší doba zaškolení Výhody Velice dobrý při použití různých typů přestupů tepla Možnost tvorby modelů komerčními CAD/CAM programy Velké množství různorodých výstupů Nevýhody Příliš všeobecný pro simulace svařování Neobsahuje modul pro tvorbu zdrojů tepla Neobsahuje materiálovou databázi s požadovanými daty Program SolidWorks firmy SolidWorks Corp. Výhody Velice dobrý program pro ověření návrhu výrobku Vhodný pro výpočet zatížení větších konstrukčních celků Možnost tvorby modelů v programu AutoCad Nevýhody Zaměření především na provozní zatěžování celku Obtížnost simulací tepelného zpracování Neobsahuje modul pro tvorbu zdrojů tepla

3 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ POPIS SOFTWARE Jedná se o světově nejvyužívanější software z hlediska simulací tavného svařování a tepelného zpracování. Obecně lze říci, že celkový proces v programu SYSWELD je rozdělen na dvě základní části, teplotně-metalurgickou a mechanickou. Teplotně-metalurgická analýza umožňuje výpočet nestacionárních teplotních polí v prostoru a čase, výpočet a zobrazení rozložení fází v průběhu celého svařovacího cyklu i v průběhu chladnutí. Umožňuje výpočet tvrdosti struktury i velikosti austenitického zrna. Mechanická analýza, vychází z výsledků teplotně-metalurgické analýzy a nelze ji provést bez předchozího teplotního zatížení soustavy. Výsledkem jsou časové průběhy jednotlivých složek tenzoru napětí i tenzoru deformace, hodnoty hlavních napětí, analýza prostorového stavu napjatosti podle teorie HMH, i Trescova analýza smykových napětí. Umožňuje zjistit časový průběh pružných i plastických deformací, absolutní i relativní posunutí jednotlivých uzlových bodů. Mimo jiné dokáže spočítat například hustotu deformační energie. Geom./Mesh. SYSWELD/Generic H.T. Advisor Welding Advisor Assembly Advisor Tvorba simulačních modelů Nadefinování a odladění ARA a IRA diagramů Definice způsobu sdílení tepla Definice zdroje tepla a jeho trajektorie Uplatňení tzv. Lokálně-globálního přístupu

4 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ TEPLOTNÍ POLE

5 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ FÁZOVÁ TRANSFORMACE Phase 1: Initial material Phase 2: Bainite Phase 3: Martensite Phase 4: Austenite

6 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ FÁZOVÁ TRANSFORMACE - POSTUP strain Change of the arrangement of the iron atoms austenitisation molten 0.01 martensitic transf ormation Volume increase due to Martensite transformation - this causes tensile stress reduction or compressive stresses temperature

7 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ DEFORMAČNÍ POLE Deformace disku kola po svaření

8 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ VÝPOČET NAPĚŤOVÝCH POLÍ A PLASTICKÝCH DEFORMACÍ

9 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SLÉVÁNÍ PRŮZKUM TRHU Simulační program firmy ESI Group Výhody Uživatelská podpora Nevýhody Složitá příprava výpočtového modelu Složité zaškolení Výhody Snadné zaškolení a jednoduchá obsluha Uživatelská podpora Nevýhody Nižší počet výstupů Simulační program firmy ESI Group Simulační program firmy MAGMA Giessereitechnologie GmbH Výhody Nejrozšířenější simulační program v Evropě Nevýhody cena Simulační program firmy Flow science Inc. Velké množství výstupů Výhody Velký počet výpočtových modulů Velké množství výstupů Nevýhody Není zastoupena v ČR

10 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SLÉVÁNÍ POPIS SOFTWARE QuikCAST - přehledová simulace procesů gravitačního a tlakového lití od zaplňování formy až po vychladnutí odlitku včetně prognózy vad a následné napěťové analýzy. Zakoupený program QuikCAST 2010 využíváme při ověřování procesu lití pomocí počítačové simulace. Simulace všech kroků procesu lití je použita ke kontrole konečných vlastností odlitků, sleduje se výskyt vad, např. staženin, porezita. Dále pak pomocí analýzy průběhu teploty, rychlosti plnění nebo množství tuhé fáze můžeme zjistit problémy, které vznikají v průběhu procesu lití. Tímto softwarem můžeme ověřovat všechny standardní slévárenské procesy, jako jsou gravitační lití, vysokotlaké/nízkotlaké lití, přesné lití nebo lití na spalitelný model. 3D Mesh Solver Modules Visual Environment Tvorba zasíťování modelů (odlitků a forem) Řešení daných variant lití Termodynamický modul na výpočet vlastností materiálu Vyhodnocování výsledků

11 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SLÉVÁNÍ SIMULACE GRAVITAČNÍHO LITÍ Simulace procesů gravitačního lití do pískových forem či trvalých forem s využitím exotermických nálitků, chladítek a filtrů. PŘETOKY QuikCAST má kompletní sadu jednoúčelových nástrojů pro simulaci nízkotlakých procesů. PŘETOKY

12 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SLÉVÁNÍ SIMULACE TLAKOVĚHO LITÍ PŘETOKY QuikCAST umožňuje simulovat dobře pohyb pístu během první fáze plnění stejně, tak dobře i porositu ve třetí fázi. Tento QuikCAST obsahuje verzi na základě SMP technologie, která zkrátila dobu simulace o 30 hodin za využití 4-jádrových procesorů. PŘETOKY

13 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE SLÉVÁNÍ MOŽNOSTI PROGRAMU Gravitační nebo vysoko/nízkotlaké lití s použitím virtuální formy a vyhodnocením procesu plnění a tuhnutí. jednoduchý nebo osově symetrický tvar odlitku jednoduchý vtokový systém Gravitační nebo vysoko/nízkotlaké lití s použitím reálného modelu formy, cyklování, přesné lití, lití na spalitelný model složitější vtokový systém maximálně 2 odlitky Plnění, tuhnutí a proces chlazení se zbytkovým napětím v odlitku nebo ve formě, deformace a tendence ke vzniku trhlin u všech výše zmíněných procesů složité tvary s kompletní technologií

14 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ PRŮZKUM TRHU Simulační program od firmy Autodesk Autodesk Moldflow Insight Výhody Nejrozšířenější simulační program na světě Velké množství výstupů Propojení s ostatními produkty Autodesku Nevýhody Složitá a dlouhá příprava výpočtového modelu Složité zaškolení (4dny) Špatně 2K a inserty Simulační program firmy CoreTech Výhody Nejrychlejší výpočet 3D tečení plastů Atraktivní výstupy Nevýhody Složitá příprava výpočtového modelu Složité zaškolení (5dní) Evropské materiály (Taiwan) Simulační program firmy Simcon Výhody Nejrozšířenější simulační program v ČR Snadná práce i zaškolení (1 den) Snadná simulace 2K a insertů Rychle dosažitelné výsledky Uživatelská podpora Nevýhody Neinteraktivní nápověda Nemožnost úpravy rozhraní (ikon) Méně výstupů

15 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ POPIS SOFTWARE Cadmould 3D-F je CAE Software, který analyzuje proces vstřikování plastů. CADMOULD 3D-F připraví zcela automaticky, rychle a přesně 3D výpočtový model, založený na vlastní patentované metodě 3D-F = Fachwerkmodel. Uvedené řešení umožní přesné rozlišení měnících se materiálových veličin (teplot, smykových rychlostí atd.) po tloušťce stěn (i těch nejslabších), což je nutným předpokladem pro přesný výpočet komplexních proudových stavů v různých místech konstrukce. Výpočty u všech modulů CADMOULD 3D-F jsou teplotně závislé, respektující stlačitelnost tavenin a zohledňující strukturně-viskózní chování tavenin plastů. Výpočtová přesnost softwaru CADMOULD 3D-F je velmi vysoká, přitom výpočty probíhají rychle, což je základním předpokladem pro možnost provádění variantních výpočtů, tedy skutečnou optimalizaci (DOE). Software CADMOULD 3D-F se vyznačuje jednoduchým pracovním prostředím, které vyžaduje běžný systém. Fill WarpExpert Cool 2K & Insert Pack Fiber Rubber Tečení taveniny plastu Výpočet deformací Výpočet chlazení Dvoukomponentní vstřikování, vstřikování s inserty Vstřikování s dotlakem Vstřikování s vyztužujícími vlákny Vstřikování pryží

16 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ PŘÍKLAD SIMULACE KASKÁDOVÉHO VSTŘIKOVÁNÍ

17 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ Předpověď vzniku propadlin PŘÍKLAD SIMULACE 2K VSTŘIKOVÁNÍ Simulace 2K, plast + hliníkový plech

18 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ PŘÍKLAD SIMULACE 2K VSTŘIKOVÁNÍ 1. komponenta červená Byla použita jedna dutina ABS byl vstřiknut do dutiny s vložkou Odformování a ochlazení na teplotu okolí Vložení do formy Zastřiknutí materiálem TPE Změřená vzdálenost Skutečnost: mm Simulace: mm

19 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ PŘÍKLAD SIMULACE 2K VSTŘIKOVÁNÍ Plnění dílu

20 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ PŘÍKLAD SIMULACE 2K VSTŘIKOVÁNÍ

21 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ PŘÍKLAD SIMULACE 2K VSTŘIKOVÁNÍ Doba cyklu: 65 s. Došlo ke zkrácení vstřikovacího cyklu o 44 s (z původního času 109 s) a současně ke snížení zmetkovitosti (vyváženější teploty ve formě)

22 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ PREDIKCE VAD NEDOSTŘÍKNUTÝ VÝSTŘIK PŘETOKY UZAVŘENÝ VZDUCH STUDENÉ SPOJE DEGRADACE MATERIÁLU ROZDÍLNÁ ORIENTACE SKELNÝCH VLÁKEN

23 APLIKACE VE VÝUCE SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE Slévárenská forma Navrhování a hodnocení odlitků Metody tváření kovů a plastů Tvářené díly z kovů a plastů Nástroje pro zpracování plastů Navrhování výrobků z plastů ATPC Teorie svařování a pájení - sledování průběhu plnění dutiny formy; - optimalizace konstrukce odlitku, resp. formy; - optimalizace procesních parametrů; - sledování průběhu tuhnutí odlitku - sledování průběhu plnění dutiny formy; - sledování tuhnutí odlitku; - hodnocení vad odlitků. - princip tečení taveniny plastu ve formě - vícekomponentní vstřikování - vliv zálisků na plnění formy - vliv konstrukce na deformace vstřikovaného dílu - hodnocení vad - rozměrová přesnost vstřikovaných dílů - hodnocení vhodnosti vtokové soustavy - konstrukce temperačních kanálů - optimalizace procesních parametrů - optimalizace konstrukce plastového dílu - ekonomická návratnost - hodnocení kvality plastového dílu - simulační výpočty v oblasti svařování a slévárenství - aplikace software pro technologické procesy, optimalizaci parametrů.

24 SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE DOKTORSKÉ, DIPLOMOVÉ A BAKALÁŘSKÉ PRÁCE HRSTKA, D. Monitorování svařovacích parametrů u metody svařování MAG jako prostředek zajištění kvality svaru. Liberec Autoreferát disertační práce. ISBN Obhajoba leden SYCHRA, M. Vliv svařovacích parametrů na geometrii svarové lázně při svařování metodou MAG. Diplomová práce Liberec Obhajoba únor LEJSKOVÁ, M. Sledování tepelných poměrů v soustavě odlitek forma při gravitačním lití. TU v Liberci, Diplomová práce, PAŽITNÝ, M. Vliv vybraných vstřikovacích parametrů na kvalitu výrobku. TU v Liberci, Diplomová práce, 2010, obhajoba ZEMAN, J. Simulace a modelování zastřikování materiálů. TU v Liberci, Disertační práce, činnost v roce 2010, obhajoba 2012.

25 ODBORNÉ PUBLIKACE SIMULAČNÍ SOFTWARE PRO TECHNOLOGIE MORAVEC, J., SOBOTKA, J., BRADÁČ, J.: Using Numerical Simulation for Hard Weldable Materials Welding Procedure Accessment. Odborná kniha v anglickém jazyce. 98 stran. Recenzenti: Ing. Vladimír Diviš, Ph.D., Ing. Marek Slováček, Ph.D. V tisku (prosinec 2010). HORÁČEK, J.: Measuring and simulation calculations field of temperature cast the shape of the plate, 7. Mezinárodní PhD konference, 47. Slévárenské dny, Brno, Sborník příspěvků ISBN MORAVEC, J., NEUMANN, H.: Vliv svařovacích parametrů na geometrii svarové lázně při svařování metodou MAG. In: Zváranie 2010, Tatranská Lomnica 2010, sborník abstraktů s.39+cd. ISBN AUSPERGER, A. Virtuální zpracování termoplastů. In: Monografie, habilitační práce. Předpoklad odevzdání v roce 2011.