Hoвocmu CAD/CAM/CAE Разработка Анализ литья Оснастка Производство Сервис Форум
| |
Aнализ
литья пластмасс в
программных продуктах
Moldflow
Synergy
(объединенная технология анализа
Moldflow
и C-MOLD)
Барвинский И.А., Барвинская И.Е. ООО
"Инженерная фирма АБ Универсал" г.
Москва
В
конце 2001 г. вышла новая версия
программных продуктов ряда
Moldflow
Plastics Insight (MPI) для
компьютерного анализа литья пластмасс.
MPI 3.0 (или
Moldflow
Synergy) – первая
версия, объединяющая ведущие системы
анализа: Moldflow и
C-MOLD. Эти системы
де-факто стали промышленными
стандартами, охватывая более 90%
мирового рынка программного обеспечения
данного профиля. Развитие компьютерного
анализа в последнее десятилетие во
многом являлось результатом
соперничества этих систем. Мы стали
участниками тестирования новой версии на
завершающем этапе разработки и смогли
детально ознакомиться с ее
возможностями.
Технологии компьютерного анализа
В
MPI 3.0
используются три альтернативные
технологии анализа (по "средней линии",
Dual-Domain и анализ трехмерного течения
расплава), значительно доработанные и
имеющие расширенные возможности.
Анализ по "средней линии" (Midplane) выполняется
на сетке треугольных и лучевых
элементов, построенной по центру
литьевого канала. Тип элемента
определяет модель течения. Моделируется
течение в изделии, холодноканальных и
горячеканальных литниках. Толщина
элементов изделия, соответствующая
толщине стенки изделия, является простым
и легко изменяемым параметром, который
присваивается элементам сетки. Течение
расплава в литьевой полости
рассматривается как двумерное (модель
Хеле-Шоу): расплав движется
параллельными слоями. При анализе
учитываются основные процессы и факторы,
влияющие на качество литьевого изделия:
неизотермичность процесса, теплоперенос
в пристенном слое металла, выделение
диссипативного тепла при течении
расплава, сжимаемость расплава, входовые
эффекты, тепловые эффекты
сжатия-растяжения и др. [1].
Преимуществами данной технологии
является возможность использования сеток
с небольшим числом элементов
(соответственно сокращается время
выполнения расчета), относительная
простота интерпретации результатов,
возможность быстрого изменения модели
изделия в ходе анализа. К недостаткам
этой технологии анализа относят наличие
достаточно трудоемкого этапа
построения "средней линии", если
исходная геометрия изделия представлена
в виде твердотельной
CAD-модели.
Технология конечно-элементного
анализа Dual-Domain [2],
реализованная в программном продукте
MPI/Fusion, использует
сетку треугольных элементов, созданную
на граничных поверхностях твердотельной
модели изделия. Здесь также используется
модель Хеле-Шоу, но расплав движется
двумя параллельными синхронизированными
потоками по поверхности изделия. В
прежних версиях программного обеспечения
Moldflow толщина
изделия определялась программой
автоматически, и в некоторых местах
модели могли появляться "аномальные"
значения толщины, что приводило к
проблемам в интерпретации результатов. В
MPI 3.0 имеется возможность проверки и
изменения толщин элементов модели. Это
обеспечивает надежность результатов и
позволяет рассматривать
Dual-Domain как мощную
рабочую технологию анализа. В
технологии "истинного" 3D-анализа (True 3D) [3]
моделируется трехмерное течение расплава
на сетке объемных тетраэдрических
элементов с использованием модели
Навье-Стокса или упрощенной модели 3D-течения.
Сетка тетраэдрических элементов может
быть построена непосредственно на
твердотельной CAD-модели. MPI 3.0
включает встроенный генератор
тетраэдрических сеток. Данная технология
анализа рекомендуется для толстостенных
изделий, для которых невозможно
построить "среднюю линию". Недостатками
этой технологии является повышенная
сложность интерпретации некоторых
результатов расчета, а также очень
большое число элементов в сетке (часто
сотни тысяч), что резко увеличивает
расчетное время. Однако тестирование
новой версии показало, что оптимизация
3D-сетки в принципе позволяет
использовать для анализа мощный
персональный компьютер. |
|
|
Динамика
заполнения изделия расплавом в
"истинном" 3D-анализе |
|
Пре/постпроцессор
MPI/Synergy
MPI/Synergy обеспечивает
полную интегрированность технологий и
процедур анализа. Под этим
подразумевается представление четкой и
легко изменяемой структуры проекта,
автоматическое отслеживание взаимосвязей
всех элементов этой структуры (модель
отливки – места впуска - материал -
литьевая машина - технологический режим
– тип анализа - результат) и возможность
изменения условий анализа на любом этапе
работы над проектом. В
MPI 3.0 на более
высоком уровне решена проблема
"стыковки" форматов геометрических
моделей (читаются форматы
STEP,
Parasolid,
STL,
IGES,
Pro/ENGINEER,
NASTRAN и др.).
Система позволяет перейти от модели
одного типа, к модели другого типа
(3D
«
Dual-Domain
à
Midplane).
MPI 3.0
включает встроенный поверхностный
моделировщик на основе тримированных
NURBS,
предназначенный для подготовки моделей
по "средней линии". Модель
литниковой системы может быть создана в
MPI/Synergy
автоматически на основе предлагаемых
стандартных конструкций или произвольно
по желанию пользователя.
Базы данных по
материалам и литьевым машинам
Объединенная база данных
Moldflow и
C-MOLD содержит ок.
7500 марок полимерных материалов. Для
каждой марки материала указан
рекомендуемый технологический режим
литья. Имеется возможность для
использования альтернативных моделей
вязкости, а также различных форматов
данных для теплофизических, механических
и усадочных характеристик материалов.
База данных по литьевым машинам
содержит характеристики машин,
выпускаемых ведущими изготовителями, и
учитывает особенности комплектации и
систем управления.
Анализ течения
MPI 3.0 включает
большое количество программных модулей,
которые решают задачи моделирования и
оптимизации, связанные с различными
аспектами процесса литья термопластов и
реактопластов.
MPI/Flow - базовый
модуль анализа для термопластичных
материалов. Он содержит множество
расчетных методов и алгоритмов,
применяемых для оценки технологичности
конструкции, оптимизации системы:
изделие - литник – материал – машина –
технологический режим. Этот модуль часто
называют "анализом течения", т.к. с его
помощью моделируются процессы течения
при впрыске и уплотнении расплава, но
более точно MPI/Flow можно
определить как анализ впрыска,
уплотнения и охлаждения расплава.
Анализ стадии впрыска включает
алгоритмы, моделирующие процесс с учетом
характеристик литьевой машины и
особенностей ее системы управления
(способов задания профиля скорости
впрыска, переключения на режим
управления давлением). Так называемый
"несимметричный" алгоритм учитывает
особенности течения в разветвляющихся
литниковых каналах, а также
несимметричность охлаждения отливки.
Анализ может быть проведен, когда
матрица, пуансон и отдельные вставки
изготавливаются из разных материалов.
Предусмотрен анализ литья на подложку, в
качестве которой может выступать пленка,
ткань и т.д.. MPI/Flow включает
алгоритмы автоматической оптимизации
скорости впрыска, 3D-балансировки
литников, оптимизации мест впуска,
построения "окна переработки". К новым
возможностям относится использование при
решении оптимизационных задач метода
планирования эксперимента. В
анализе уплотнения моделируются
процессы, происходящие в отливке после
переключения на режим управления
давлением (стадии выдержки под давлением
и выдержки на охлаждение),
рассчитывается динамика изменения
давления в литьевой полости с учетом
процессов охлаждения расплава, объемная
усадка и утяжки. Расчет объемной усадки
проводится на основе равновесных
PVT-диаграмм, содержащихся в базе
данных.
|
|
|