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ANSYS高分子材料成型模拟软件——Polyflow

摘要: 聚合物、玻璃甚至是食品和金属材料在加工成型过程中呈现出非常复杂的非线性行为。在制造开始之前,精确评估每种材料的性能,需要量身定做的软件,能包含适当的材料属性模型,有能力精确捕捉流体域的变形,有稳健的求 ...

聚合物、玻璃甚至是食品和金属材料在加工成型过程中呈现出非常复杂的非线性行为。在制造开始之前,精确评估每种材料的性能,需要量身定做的软件,能包含适当的材料属性模型,有能力精确捕捉流体域的变形,有稳健的求解器。

全球有很多在聚合物、玻璃、金属、混凝土等加工行业的商业企业公司通过运用ANSYS Polyflow来减少制造风险,并将ANSYS Polyflow作为他们的产品设计和优化过程中的一个重要组成部分。这些企业利用这个被证实的技术来优化挤出成型工艺、优化热成型、吹塑成型、玻璃成型、纤维制造和混凝土成型。

  • 研发更好的包装

包装对保护产品受损坏很重要,同时对货品供应商来说它又是一个持续的问题,增加了额外的费用。借助Polyflow展开虚拟样机试验能模拟制造工艺过程。通过这个运算结果配合ANSYS显示动力学软件和ANSYSMechanical,研发团队能评估和测试一个设计行为和耐久性。这样就可以在设计或制造阶段或在这两个阶段能采取正确的行动来快速和经济地设计更轻和性能更好的包装。

  • 增加生产线效率

为了满足市场需求的更高更严的标准,一些公司借助反复试验方法来挤出、共挤出塑料和橡胶异型材。这种方法耗时太长,时间成本太大,并且能对环境产生较大负面影响。通过工程仿真,包含Polyflow独一无二的逆向设计能力,可以让挤出生产线大大地减少反复试验的次数。很多公司通过运用ANSYS解决方案已将反复修模-开模次数由七次减少到两次。通过对聚合物在模具内部的流动可视化分析可以快速诊断不愿出现的问题。

仿真帮助企业在设计周期的早期阶段通过提供对关键参数和特征的分析来减少产品设计失败风险。比如材料分布(左),顶部加载应力分布(中),一个五加仑吹塑成型水冷瓶中(右)。

Polyflow使得研究塑料和其他材料的行为成为可能。比如采用壳单元来模拟注-拉伸-吹模拟瓶子成型。图示产品厚度分布。

  • 通过数字材料库改善性能

Polyflow帮助我们分析在各种工艺中应用到的新塑料和橡胶的行为,如挤出成型、吹塑成型、热成型、纤维拉丝、薄膜流涎等。仿真可以让我们测试加工成型新树脂的能力即使他们之前从来没有被生产过。

通过对不同材料原型进行比较来考查它们中哪些能匹配或超过现有或竞争性材料。你可以反向设计一种树脂材料能最大化终端产品性能并且最小化成本和对环境的影响。

Polyflow高级数值技术能模拟非线性行为,比如在轮胎工业中口模处速度分布大的由于应变松弛导致的口模胀大行为。

优化制造加工能力

Polyflow在优化设计中能考虑材料接触,比如在柱塞辅助热成型杯子工艺中确定最终产品的材料厚度分布。

  • 求解器和数值算法

复杂的流变学行为,热相关性材料行为,大变形行为(如口模膨胀、吹塑成型、热成型、玻璃模压成型等)都是固有地非线性。为了满足这些挑战,Polyflow采用有线元算法和稳健的求解器。软件通过随意的欧拉-拉格朗日变形网格技术能容易的调整适应变形边界。

  • 粘弹性和复杂流变

诸如塑料、橡胶、玻璃、金属、食品材料和混凝土的流动特性跟材料本身和其加工特性相关,比如剪切速率和受热历程。Polyflow提供了很过材料特性模型,包括广义牛顿流体Power,Bird-Carreau,Crosslaw和粘弹性模型,如Giesekus–Leonov,PTT、pom-pom等。这些模型能精确模拟在一些挤出成型工艺中的大口模胀大现象或在成型薄膜流涎和纤维拉伸应用中遇到的拉伸行为。

  • 接触侦测

制造成型工艺常常包含发生在工具和材料之间的接触行为。所以模拟必须能精确侦测在变形材料和模具或其他工具之间的接触,以及在接触前后在力学和热条件上的变化。Polyflow结合了高级非线性接触侦测算法和一个稳健的自适应网格重划分技术来自动解决这些挑战。

  • 网格重叠技术

单螺杆和双螺杆挤出机是几何形状很复杂的设备,在其内部流体区域连续发生着变化。发生在流体与料筒或旋转螺杆之间的热和力学交互作用对获得高质量挤出机是非常重要的。ANSYS软件包含一个有效地网格重叠技术(MST)能非常方便地建立一个虚拟挤出机,然后在3D环境下模拟完全填充得螺杆机。分散式和分布式混合模拟加上粒子追踪和统计分析能定量比较不同的挤出机和混合设备性能及效果。

在ANSYS Workbench环境下耦合Mechanical来进行力学分析

  • 非线性热效应包含辐射

Polyflow包含考虑粘性生热模型能侦测聚合物材料的材料降级恶化和橡胶硫化的不良状态。精确模拟高温成型工艺过程,如玻璃成型,需要用到高级非线性材料特性,精确的附属预测(如DO辐射模型)和Narayanaswamy模型来考虑材料在冷却过程中的应力松弛现象。

在单、双螺杆挤出机应用中MST能考虑复杂的热和力学交互作用

在ANSYS Workbench环境下耦合Mechanical来进行力学分析

仿真驱动产品设计

Polyflow在汽车仪表盘设计辅助优化热成型工艺

ANSYS流体动力学工具是ANSYS工具包中的一部分。ANSYS工具包传递高级功能性,在宽度、深度上其先进性能和完整多物理学,确信你的分析结果反映真实世界结果。全面的求解范围提供访问在设计过程中任何需要的工程模拟物理场的能力。

  • 集成的公共环境

Polyflow软件已经完全融合到ANSYS Workbench平台下,我们可以很方便地设置任何问题,从标准流体流动分析到复杂的耦合系统分析,通过简单的托拽方式来实现。在Workbench平台内多物理学应用能通过公共ANSYS工具,如CAD链接,几何工具和网格工具完成。利用ANSYS CFD-Post可以对比计算结果和执行最终数据分析处理。这些功能使仿真驱动产品发展变得可行,让我们可以以一种可缩放和经济有效的方式执行虚拟样机分析、加工工艺优化和虚拟测试。

  • 流固耦合

Polyflow包含一个固有的流固耦合FSI能力,通过一种完全耦合方式来分析在流动材料和周围固体之间的热机械交互作用。如果在弹性区域内发生大变形情况时,网格分辨率能自动细化来提高计算结果精度。

  • 优化和设计优化

设计最佳的设备和成型工艺包含对多重设计的评估和对流动参数和几何参数的优化。借助ANSYS Polyflow我们可以将任何一个标量声明为一个优化变化,这些量可以是流变参数,边界条件和网格位移。然后利用内置的优化算法来最小化或最大化基于输入参数定义的目标函数实现优化。


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本文作者
2018-8-31 13:55
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