- ĐỨNG ĐẦU
- Kiến thức cơ bản về phân tích CAE
- Phần 3: Giới thiệu phần mềm CAE
Loạt bài: Nguyên tắc cơ bản của phân tích CAE cho thiết kế sản phẩm nhựa
Phần 3 Giới thiệu phần mềm CAE
Mục đích và ứng dụng của từng lĩnh vực phân tích sẽ được giải thích và phần mềm tiêu biểu cũng như phần mềm được sử dụng tại Asahi Kasei sẽ được giới thiệu.
Nội dung
Giới thiệu
Nhiều công ty phần mềm ở Nhật Bản và nước ngoài đã phát hành nhiều loại phần mềm để phân tích CAE. Có sự khác biệt tùy thuộc vào phần mềm, chẳng hạn như loại phân tích nào có thể được thực hiện, lĩnh vực chuyên môn và hệ thống hỗ trợ, vì vậy điều quan trọng là phải chọn phần mềm phân tích phù hợp với mục đích và ứng dụng.
Lần này, chúng tôi sẽ giải thích phần mềm được sử dụng để phân tích CAE của nhựa. Chúng tôi sẽ giới thiệu phần mềm phân tích đại diện cho từng lĩnh vực phân tích, cũng như phần mềm được sử dụng tại Asahi Kasei.
mô phỏng ép phun (phân tích dòng chảy dọc)
Nó là một mô phỏng để kiểm tra khả năng dòng chảy, kiểm tra vị trí cổng tối ưu, dự đoán cong vênh, dự đoán chu kỳ khuôn, dự đoán lực kẹp khuôn và thiết kế đường ống làm mát với hiệu quả làm mát tốt. Nó còn được gọi là mô phỏng ép phun nhựa, và nó là một phân tích chung trong phân tích các sản phẩm nhựa trong thiết kế sản phẩm và thiết kế đặc điểm kỹ thuật khuôn.
Biến dạng cong vênh là một trong những khuyết tật đúc nghiêm trọng. Sự cong vênh được gây ra bởi sự co rút nhựa không đồng đều trong khoang. Nói cách khác, hình dạng của sản phẩm đúc và vị trí cổng phải được thiết kế sao cho nhiệt độ và áp suất đồng đều trong khoang và các ống làm mát khuôn phải được bố trí sao cho không có sự chênh lệch nhiệt độ trong khuôn.
Hình 1 Ví dụ phân tích độ cong của dòng chảy (dự đoán độ cong)
Phần mềm tiêu biểu bao gồm "Moldflow" của Autodesk, "Moldex3D" do CoreTech System phát triển và "3D TIMON" do Toray phát triển.
Asahi Kasei sử dụng "Moldflow" được sử dụng rộng rãi.
phân tích căng thẳng
Nó được sử dụng để dự đoán mức độ biến dạng, ứng suất, biến dạng, có hay không có phá hủy và tải trọng phá hủy khi tải trọng được áp dụng. Trong thiết kế cơ khí, cần phải biết độ bền của sản phẩm và đó là một phân tích rất quan trọng. Bởi vì có thể mô phỏng trước khi thực sự tạo mẫu và tiến hành kiểm tra cường độ, điều này dẫn đến việc giảm thời gian phát triển thiết kế.
Hình 2 Ví dụ về phân tích ứng suất
Phân tích căng thẳng được giải thích chi tiết hơn trong một chương khác.
Phần mềm tiêu biểu bao gồm "Abaqus" của Dassault Systèmes, "NX Nastran" của Siemens Software, "ANSYS" của Ansys và "OptiStruct" của Altair, nhưng còn rất nhiều phần mềm khác nữa.
Asahi Kasei sử dụng "Abaqus" và "Marc" của Hexagon.
Phân tích nhiệt
Phân tích cách nhiệt được truyền bên trong chất rắn và mô phỏng sự phân bố nhiệt độ. Phân tích cách thức truyền nhiệt ở các bộ phận truyền nhiệt và các bộ phận tiếp xúc với các bộ phận tỏa nhiệt. Bạn có thể đánh giá khả năng cách nhiệt và giữ nhiệt của Vật liệu.
Hình 3 Ví dụ về phân tích dẫn nhiệt
phân tích ứng suất nhiệt
Dự đoán các ứng suất do thay đổi nhiệt độ gây ra.
Như đã đề cập trong "2.Sự khác biệt giữa nhựa và kim loại Đặc tính nhiệt độ" trong Phần 2 Nhựa CAE, nhựa có hệ số giãn nở tuyến tính cao hơn kim loại và chịu ảnh hưởng nhiều hơn bởi ứng suất nhiệt. Phải đặc biệt cẩn thận khi kết hợp các vật liệu có hệ số giãn nở tuyến tính khác nhau.
Cũng có thể thực hiện phân tích kết hợp trong đó phân bố nhiệt độ thu được trong phân tích truyền nhiệt và được sử dụng làm điều kiện biên trong phân tích ứng suất.
Phân tích dẫn nhiệt và phân tích ứng suất nhiệt có thể được tính toán với hầu hết các phần mềm phân tích ứng suất nêu trên.
Phân tích chất lỏng nhiệt
Dự đoán cách các chất lỏng, chẳng hạn như chất lỏng và chất khí, chảy vào và chảy ra khỏi các vật thể. Trong trường hợp các sản phẩm thực sự tạo ra nhiệt, nhiệt không chỉ được truyền bên trong chất rắn mà còn xảy ra thông qua các chất lỏng mang nhiệt (không khí, dầu, v.v.) đến các bộ phận khác. Hiện tượng như vậy không thể được phân tích bằng phân tích dẫn nhiệt, vì vậy phân tích chất lỏng nhiệt / Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) được sử dụng.
Ngoài ra, ngay cả khi bộ phận có hình dạng phức tạp, phân tích chất lỏng nhiệt / Tính toán động lực học chất lỏng (CFD) vẫn hiệu quả do hệ số dẫn nhiệt và phân bố nhiệt độ thay đổi do sự đối lưu của không khí xung quanh.
Hình 4. Ví dụ về phân tích nhiệt chất lỏng/Tính toán động lực học chất lỏng (CFD)
Các phần mềm tiêu biểu bao gồm "AcuSolve" của Altair, "ANSYS Fluent" của Ansys, "STAR-CCM+" của Siemens Software và "Converge" của Convergent Science.
Asahi Kasei sử dụng "AcuSolve".
Phân tích giá trị riêng (phân tích tần số riêng)
Tính tần số riêng và hình dạng mã riêng của đối tượng.
Tần số tự nhiên là số dao động trong một giây khi một vật (hệ rung) dao động tự do. Hình dạng mã riêng là hình dạng (biến dạng) của rung động khi rung ở tần số riêng.
Nếu đối tượng cộng hưởng, hư hỏng hoặc tiếng ồn có thể xảy ra. Cộng hưởng là một hiện tượng trong đó các rung động được khuếch đại rất nhiều bằng cách nhận các rung động bên ngoài giống như tần số tự nhiên của một vật thể. Có thể tìm ra tần số mà tại đó cộng hưởng có khả năng xảy ra bằng cách phân tích tần số tự nhiên và nó được sử dụng để thiết kế các cấu trúc không gây ra cộng hưởng.
Hình 5 Ví dụ về phân tích giá trị riêng (phân tích tần số riêng)
(Tần suất) phân tích đáp ứng
Mô phỏng sự dịch chuyển và ứng suất được tạo ra khi một đối tượng bị kích thích.
Khi cộng hưởng xảy ra, có thể thu được lượng biên độ và ứng suất được tạo ra, đồng thời kiểm tra hiệu quả của việc thực hiện các biện pháp chống cộng hưởng.
Hình 6 Ví dụ phân tích phản hồi (Tần số)
Phần mềm tiêu biểu cho phân tích giá trị riêng (phân tích tần số tự nhiên) và phân tích phản ứng (tần số) bao gồm "Abaqus" của Dassault Systèmes, "NX Nastran" của Siemens Software và "LS-DYNA" của Ansys.
Asahi Kasei sử dụng "Abaqus" và Hexagon sử dụng "Marc".
Phân tích mỏi theo chu kỳ
Dự đoán số lần cho đến khi xảy ra lỗi khi áp dụng tải lặp lại.
Khi một tải trọng được tác dụng nhiều lần lên một vật thể, ngay cả một ứng suất nhỏ hơn cường độ tĩnh của nó cũng có thể khiến vật thể đó bị hỏng. Điều này được gọi là lỗi do mỏi và có thể được đánh giá bằng đường cong SN.
Mô phỏng có thể được thực hiện trước khi tạo mẫu thực tế và thực hiện kiểm tra độ bền, dẫn đến giảm thời gian phát triển.
phân tích creep
Dự đoán mức độ biến dạng từ biến sau một khoảng thời gian nhất định.
Như đã đề cập trong điểm CAE thứ 2 của nhựa "2. Sự khác biệt giữa nhựa và kim loại Các đặc tính nhớt đàn hồi <creep>", nhựa bị ảnh hưởng mạnh bởi tải trọng rão do đặc tính nhớt của chúng, vì vậy các biện pháp đối phó được thực hiện bằng cách thực hiện mô phỏng trước. có thể làm được. Nó cũng được sử dụng để dự đoán tuổi thọ của các mối hàn.
Phân tích thư giãn căng thẳng
Dự đoán giá trị ứng suất sau một thời gian nhất định. Như đã giải thích trong phần "2.Sự khác biệt giữa nhựa và kim loại -Tính chất đàn hồi nhớt <sự giãn ứng suất>" trong CAE thứ 2 về nhựa, sự giảm ứng suất là một hiện tượng xảy ra do các đặc tính đàn hồi nhớt của chất dẻo.
Phải cẩn thận khi thiết kế các bộ phận được cố định bằng vít hoặc bu lông, hoặc các sản phẩm sử dụng lực phản ứng được tạo ra bằng cách cố ý biến dạng, chẳng hạn như lò xo. Không giống như creep, những thay đổi không thể được nhìn thấy từ bên ngoài, do đó, phân tích trước có thể ngăn ngừa các vấn đề về chất lượng.
Phần mềm tiêu biểu cho phân tích mỏi tuần hoàn, phân tích biến dạng và phân tích ứng suất giãn nở bao gồm "Abaqus" của Dassault Systèmes, "NX Nastran" của Siemens Software và "LS-DYNA" của Ansys.
Asahi Kasei sử dụng "Abaqus" và Hexagon sử dụng "Marc".
Phân tích tác động
Nó mô phỏng ứng suất, biến dạng, chuyển vị, gia tốc, v.v. trong lịch sử thời gian khi một vật thể va chạm hoặc rơi xuống. Khi một đối tượng nhận được tác động, ứng suất lớn hơn nhiều lần so với giá trị ứng suất tĩnh được tạo ra, gây ra hư hỏng và các vấn đề khác.
Ngoài ra, có thể thực hiện đánh giá xem xét các đặc tính động (sự phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, hiệu ứng đàn nhớt) duy nhất của vật liệu. Sự phụ thuộc vào tốc độ biến dạng là một tính chất của nhựa mà tính chất vật liệu thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào tốc độ biến dạng.
Nó được sử dụng cho các thử nghiệm giả định tốc độ va chạm của ô tô, v.v.
Hình 7 Ví dụ về phân tích tác động
Phần mềm tiêu biểu bao gồm "LS-DYNA" của Ansys, "PAM-CRASH" của ESI và "Radioss" của Altair.
Asahi Kasei sử dụng "LS-DYNA."
Tối ưu hóa cấu trúc liên kết
Tối ưu hóa cấu trúc liên kết là một hệ thống tính toán hình dạng tối ưu bằng cách đưa ra các ràng buộc về cấu trúc, tải trọng và các điều kiện hạn chế được giả định trong bối cảnh sử dụng sản phẩm.
Các hình dạng rất mới lạ mà con người không thể tưởng tượng được đã được tạo ra, dẫn đến các thiết kế sản phẩm không bị ràng buộc bởi các hình dạng hiện có.
Có thể nói, đây là một công nghệ sẽ ngày càng thu hút nhiều sự chú ý hơn trong tương lai do những tiến bộ trong công nghệ sản xuất và xử lý như máy in 3D.
Hình 8 Ví dụ về thiết kế hình dạng sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết
Phần mềm đại diện bao gồm "OptiStruct" của Altair và "TOSCA" của Dassault Systèmes.
Asahi Asahi Kasei sử dụng "OptiStruct".
phân tích âm thanh
Chúng tôi phân tích và trực quan hóa các hiện tượng âm thanh khác nhau liên quan đến việc tạo và truyền âm thanh.
Ngoài việc cải thiện chất lượng âm thanh của thiết bị âm thanh như loa, có thể phản ánh các biện pháp chống lại âm thanh khó chịu như tiếng ồn từ các sản phẩm công nghiệp như động cơ và quạt trong thiết kế. Phân tích này là không thể thiếu để phát triển các sản phẩm có đặc tính âm học tuyệt vời và các sản phẩm yêu cầu sự yên tĩnh.
Hình 9 Ví dụ phân tích âm thanh
Phần mềm đại diện bao gồm "Actran" của Hexagon và "Abaqus" của Dassault Systèmes.
Asahi Kasei sử dụng "Actran".
phân tích cơ học
Trong phân tích thông thường sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, việc đánh giá được thực hiện cho các bộ phận riêng lẻ. Tuy nhiên, đối với các sản phẩm kết hợp nhiều bộ phận, cần phải phân tích các bộ phận thành một bộ.
Trong phân tích động Multibody, có thể dự đoán ảnh hưởng của lực chung với các bộ phận khác và lực tác động, đồng thời mô phỏng loại lực nào đang tác động khi chuyển động tiếp theo.
Nó được sử dụng để đánh giá các hệ thống cơ khí trong đó nhiều bộ phận được kết nối phức tạp, chẳng hạn như ô tô và thiết bị công nghiệp.
Hình 10 Ví dụ phân tích động nhiều người
Nguồn: Mô hình trong video “Phân tích Liên hệ”, “Phân tích Gián đoạn và Thiệt hại”(Đã xem ngày 26 tháng 2 năm 2021).https://www.mscsoftware.com/product/marc
Phần mềm tiêu biểu bao gồm "Simpack" của Dassault Systèmes và "Adams" của Hexagon.
Asahi Asahi Kasei sử dụng "Adams".
Ánh xạ định hướng sợi quang
Định hướng sợi phải được xem xét khi thiết kế các lớp gia cố trong đó sợi thủy tinh được trộn với nhựa. Điều này là do hướng của các sợi được xác định dọc theo dòng chảy của nhựa, dẫn đến co ngót và cong vênh không đều, cũng như các khu vực có cường độ và hướng yếu. Độ chính xác của phân tích ứng suất có thể được cải thiện bằng cách ánh xạ thông tin hướng và hướng sợi từ kết quả mô phỏng ép phun và chuyển nó sang phần mềm phân tích khác.
Hình 11 Ví dụ về ánh xạ định hướng sợi quang
Nguồn: Mô hình ánh xạ định hướng sợi quang trên trang web Hexagon (16/01/2023)
Một phần mềm tiêu biểu là "Digimat" của Hexagon.
Asahi Kasei sử dụng "Digimat."
Phần tiếp theo: "Mô phỏng ép phun - ép phun là gì?"
Để biết thêm thông tin về CAE, vui lòng liên hệ với chúng tôi.
CAE tải xuống slide
Nghiên cứu trường hợp ứng dụng CAE
Công nghệ phân tích CAE
Người khác
Thông tin liên quan
