Wawasan Ahli: Pemodelan Konstitutif Lanjutan dengan Abaqus dari Konferensi Science in the Age of Experience 2016
Post ini merujuk pada paper pelanggan yang disajikan di konferensi Science in the Age of Experience 2016 yang difokuskan pada pemodelan material lanjutan. Saya menjadi ketua sesi untuk beberapa presentasi ini.
Salah satu landasan dari penggunaan Abaqus software yang canggih adalah diskusi tentang pemodelan material lanjutan (pemodelan konstitutif). Diskusi ini cenderung mencakup banyak, atau semua, industri, dan konferensi Science in the Age of Experience terbaru tidak terkecuali. Ada banyak paper dan presentasi oleh pelanggan kami tentang penggunaan model material lanjutan di baik Abaqus/Standard dan Abaqus/Explicit. Beberapa paper ini disajikan di track industri khusus, sedangkan yang lain disajikan dalam track “Materials” atau “Composites.”
Dua tema tentang pemodelan material lanjutan diakui di sini:
- Model material yang lebih baik untuk polimer dan plastik.
- Fokus pada pemodelan peristiwa dan proses termomekanik yang berpasangan dengan model material fidelitas tinggi.
Pengguna Abaqus di banyak industri bekerja menuju model material yang lebih baik untuk elastomer, polimer dan plastik. Paper oleh Volgers (elastomer), Pannneerselvam (polimer), dan Karim (polimer) semua menunjukkan gerakan menuju model material fidelitas tinggi. Kedua paper terakhir juga menunjukkan penggunaan model PRF (Parallel Rheological Framework) baru di Abaqus untuk menangkap viskoelastisitas nonlinier.
Paper oleh Brown, Arias, dan Nyaaba semua menunjukkan tema sekitar pemodelan peristiwa atau proses termomekanik yang berpasangan. Paper pertama difokuskan pada logam dalam proses forging, dan yang kedua difokuskan pada aplikasi karet di mana histeresis mekanis menghasilkan panas yang signifikan. Paper oleh Nyaaba membahas baik penggunaan model PRF baru (untuk viskoelastisitas nonlinier) dan penggunaannya dalam aplikasi ban yang menghasilkan panas karena histeresis viskoelastis karet.
Predicting and Designing Integrated Safety Syringe for Shelf Life Using Advanced Nonlinear Constitutive Models in Abaqus, Dinesh Panneerselvam, Scott Russo, Jyoti Gupta, Unilife Medical Solutions
Abstract: Industri perangkat medis adalah industri yang sangat terregulasi dengan keselamatan pasien sebagai prioritas utama. Memastikan kualitas tertinggi dan keselamatan pasien menuntut perangkat berfungsi seperti yang diinginkan dari waktu diproduksi, melalui shelf life produk, dan selama penggunaan. Plastik yang digunakan dalam perangkat medis dapat mengalami degradasi properti mekanis seiring waktu selama shelf life produk tergantung pada desain perangkat. Oleh karena itu, penting untuk mengambil aspek perilaku plastik ini dalam pertimbangan saat pemilihan material dan desain perangkat.
Plastik di bawah beban konstan untuk waktu yang lama menunjukkan deformasi creep. Pengujian perangkat untuk creep dapat menjadi proses yang lama yang sering menyebabkan penundaan iterasi desain untuk menghasilkan desain optimal dan kemudian waktu ke pasar. Pemodelan komputasi dan simulasi FEA dengan model material lanjutan dapat memprediksi perilaku material dengan tingkat akurasi tinggi dan dapat memberikan wawasan mendalam tentang bagaimana perangkat akan berperforma seiring waktu yang menghasilkan umpan balik berharga untuk iterasi desain dan sering mengurangi siklus iterasi desain.
Dalam paper ini, perilaku jangka pendek dan jangka panjang polycarbonate dimodelkan menggunakan model viskoelastisitas nonlinier hiperelastis berdasarkan parallel rheological framework. Model konstitutif dikalibrasi terhadap data uji tarik uniaksial dan creep jangka panjang, digunakan untuk memprediksi regangan sebagai fungsi waktu dalam komponen polycarbonate Unifill FinesseTM Integrated Safety Syringe. Prediksi model divalidasi terhadap data uji penuaan real-time jangka panjang serta data uji penuaan terpencil. Biasanya uji ini berlangsung selama berbulan-bulan.
Secara singkat, melalui karya ini, iterasi desain yang memakan waktu dan mahal melalui pengujian dikurangi menjadi beberapa siklus dengan pemodelan yang akurat dan prediksi regangan creep material menggunakan model konstitutif nonlinier lanjutan di ABAQUS menunjukkan bagaimana simulasi FEA dapat digunakan sebagai alat efektif dalam proses pengembangan produk untuk menghemat waktu dan biaya dan membawa produk berkualitas tinggi lebih cepat ke pasar. Baca paper lengkap
Prediction of Nonlinear Viscoelastic Recovery of Thermoplastic Polymers using Abaqus Parallel Rheological Framework (PRF) Model, Mohammed Karim, Zhenyu Zhang, and Ye Zhu, DuPont Performance Materials
Abstract: Polimer termoplastik menunjukkan perilaku viskoelastisitas nonlinier yang signifikan sehingga, setelah beban diterapkan dihapus, material ini memiliki beberapa pemulihan viskoelastis seiring waktu sebelum deformasi permanen atau set terjadi. Dalam karya ini, model PRF Abaqus digunakan untuk memprediksi pemulihan viskoelastisitas yang bergantung pada waktu ini. Tidak seperti model viskoelastisitas linier di Abaqus, model PRF dapat memprediksi perilaku viskoelastisitas nonlinier yang khas dari material termoplastik.
Dua jenis pengujian, relaksasi tekanan dan beban siklus pada tiga tingkat regangan yang berbeda, digunakan untuk mengkalibrasi koefisien model PRF. Alat optimasi SIMULIA Isight digunakan untuk mengoptimalkan koefisien ini. Menggunakan koefisien yang dioptimalkan, model PRF dapat memprediksi pemulihan viskoelastisitas nonlinier yang bergantung pada waktu dari polimer termoplastik. Baca paper lengkap
Coupled Thermomechanical Forging Simulations and the Effect of Material Constitutive Laws, Stuart Brown, Nagi Elabbasi, and Eric Schmitt, Veryst Engineering
Abstract: Desain forming panas yang benar bergantung pada prediksi yang akurat beban forming, deformasi material, dan properti material. Ini sangat benar untuk analisis termomekanik yang berpasangan, di mana kontak die/workpiece akan mengubah deformasi dan suhu lokal. Regangan dan sejarah termal ini dapat mengubah mikrostruktur material dan properti produk yang dihasilkan.
Presentasi ini memeriksa pengaruh model material dan kontak yang berbeda dalam simulasi forging panas dan membahas konsekuensi pada performa produk akhir. Kami menggunakan plastisitas independen laju dan membandingkan hasilnya dengan model viscoplastis Anand internal variable yang tersedia di dalam Abaqus. Kami juga menggunakan kondisi kontak yang berbeda dengan sensitivitas tekanan yang bervariasi untuk transfer panas. Simulasi menunjukkan bahwa pemilihan model konstitutif memiliki efek yang kuat pada properti akhir yang diprediksi dari forging. Baca paper lengkap
Improving Rubber Tread Designs Against Heat Build-Up Under Cyclic Loading Using Strain Energy, Sergio Arias, Dr. Bahram Sarbandi, Priyantha Sriwardene, Camso
Abstract: Pembentukan panas dalam karet adalah fenomena kompleks yang terjadi saat komponen karet dibebani secara siklus. Perkembangan penumpukan panas ini berasal dari sifat viskoelastis campuran karet yang terjadi selama proses pemuatan dan pembongkaran, dan merupakan mekanisme yang sulit untuk dikuantifikasi secara numerik. Banyak penelitian tentang perilaku khusus dan karakteristik karet ini telah dilakukan pada dasarnya sejak penemuan karet. Selama sepuluh tahun terakhir atau lebih, telah terjadi banyak kemajuan di area pembentukan panas, dan kode elemen finito mulai menyediakan solusi untuk mempelajari perilaku ini.
Namun, ini masih merupakan parameter yang sangat kompleks untuk diukur dan divalidasi untuk tujuan praktis. Sebagai akibatnya, cara alternatif untuk merumuskan metode untuk meningkatkan desain tread pada track kami terhadap perkembangan penumpukan panas adalah dengan mempelajari energi regangan. Tujuan penelitian ini adalah untuk memahami bagaimana kita dapat menggunakan energi regangan yang dihasilkan dalam satu siklus beban penuh dan memanfaatkannya untuk merancang generasi tread yang baru dan lebih baik yang dapat memenuhi permintaan performa yang terus meningkat di dunia track karet. Baca paper lengkap
FEA Prediction of Off-Road Tire Temperature Distribution, W. Nyaaba, S. Frimpong, G. Somua-Gyimah and G. Galecki, Missouri University of Science and Technology
Abstract: Pembentukan panas berlebihan dan retensi panas dalam ban truk pembuangan ultra-besar adalah salah satu penyebab kegagalan ban yang paling umum di industri pertambangan permukaan. Prediksi yang akurat profil suhu ban yang beroperasi melibatkan penggunaan model numerik lanjutan dan skema solusi untuk meniru respons lengkap material elastomer terhadap kondisi operasi. Panas yang dihasilkan secara internal dalam ban adalah fungsi dari dissipasi energi viskoelastis selama pengeluran. Studi penelitian sebelumnya telah tidak akurat memprediksi tingkat pembentukan panas dan suhu ban off-the-road (OTR) dengan menggunakan viskoelastisitas linier untuk mendekati material karet viskoelastis yang cukup nonlinier.
Paper ini menyajikan pendekatan yang akurat untuk memprediksi distribusi suhu ban OTR dengan mempertimbangkan respons mekanis sejati dari campuran karet terisi yang digunakan dalam ban. Viskoelastisitas nonlinier karet dimodelkan menggunakan parallel rheological framework (PRF) yang baru saja diimplementasikan di Abaqus. Data uji relaksasi tekanan untuk dua campuran regional (tread dan carcass) digunakan untuk mengkalibrasi parameter model material PRF menggunakan komponen pencocokan data Isight. Prosedur analisis termal-struktural sepenuhnya terpasang di Abaqus/Explicit diadopsi untuk membandingkan distribusi suhu ban Michelin 59/80R63 tipikal yang dimodelkan menggunakan dua teori material: (i) viskoelastisitas linier, dan (ii) viskoelastisitas nonlinier. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa distribusi suhu ban dapat diprediksi dengan lebih akurat oleh model material PRF daripada oleh model seri Prony. Baca paper lengkap
Ingin membaca lebih banyak paper pelanggan?
Jika Anda tertarik untuk membaca paper lain yang disajikan di Science in the Age of Experience 2016, silakan akses prosidensi konferensi lengkap di SIMULIA Learning Community¹.
