Повышение прочности деталей из пластика. Моделирование литья в Moldflow и расчет на прочность с применением Inventor Nastran

Приветствуем пользователей передовой программы Autodesk Moldflow!

В этой статье мы хотим рассказать о принципах расчета пластиковых деталей, моделировании процесса литься, а также применении Inventor Nastran (Nastran In-CAD) в этих процессах.

Начнём с основных особенностей расчёта пластиковых изделий:

• механические свойства полимеров сильно зависят от температуры и времени;
• низкие значения механических характеристик по сравнению с металлами – значение предела прочности, коэффициент по запасу прочности;
• возможная анизотропия материала – при расчёте нужно учитывать изменения механических характеристик по каждой из осей;
• деформация пластиковых изделий трёх видов: упругая, высокоэластическая, пластическая;
• прямая зависимость высокоэластических и пластических деформаций от времени;
• появление внутри пластика релаксационных процессов, которые могут вызвать ползучесть – характерна для металлов, находящихся под высокими температурными значениями, которые в случае с пластмассами очень низкие;
• использование при расчёте формул эквивалентных напряжений;
• при расчете запаса прочности пластика учитывается больше факторов, чем для металлов: запас прочности в зависимости от ответственности детали, от степени точности расчета и концентрации напряжений, нестабильности материала, размера и формы детали, температуры, длительности нагружения и влияния среды.

Переходим к взаимодействию с программным обеспечением. Как производится расчёт пластмасс на прочность, учитывая все нюансы отливки изделия.

Работа ведется в связке трёх программ: Moldflow, Helius PFA и Inventor Nastran. То есть передача данных от Moldflow к Inventor Nastran происходит с помощью Helius PFA.

Для чего нужен Autodesk Helius PFA в этой цепочке взаимодействия:

• возможно моделирование материалов на разрушение;
• расчёт композитных материалов с учётом нелинейных свойств;
• совмещение баз данных и результатов расчётов в Moldflow и Inventor Nastran.

Рассмотрим расчёт на примере пластиковой крышки. Модель изделия уже создана с нанесённой сеткой, анализ проливаемости произведен – указана точка впрыска, выбран материал.

Далее переходим в Inventor Nastran и создаём такую же модель, но уже в другой расчётной системе. Для этого создаётся сетка, задаются граничные условия (закрепления по основанию и входным патрубкам) и нагрузка (внутреннее давление).

Далее создаём Nastran-файл: кликаем правой кнопкой Analyze, из списка выбираем Generate Nastran File. Материал пока не известен, поэтому расчёт запускать ещё рано.

Запускаем модуль Autodesk Helius PFA – Advance Material Exchange. В программе нужно совместить два файла – кликаем Part Mapping.

В появившемся окне выбираем нужные файлы.

После загрузки проверяем, правильно ли совмещены модели относительно оси координат.

Смотрим данные материала – эластично-пластичный материал.

Рассматриваем графики зависимости деформаций от напряжений, выбираем параметры, при которых изделия будут использоваться. Для разных условий – разные графики. Выбираем один из вариантов.

После ввода всех данных кликаем Map Results – начинается процесс совмещения данных, в ходе которого выводятся результаты с совмещенными базами данных Moldflow и Inventor Nastran.

Совмещение занимает некоторое время, результат представлен ниже.

После завершения процесса экспортируем совмещённую базу данных для дальнейшего использования его при расчёте – кликаем Export to Structural Package, сохраняем в папку проекта.

Переходим обратно в Inventor Nastran, чтобы выполнить нелинейный анализ. В качестве свойств подгружаем файл, полученный ранее из Autodesk Helius, – в окне свойств расчёта Analysis переходим на вкладку Options и загружаем файл из папки проекта.

Выполняем расчёт – команда Contour.

Помимо стандартных величин по напряжениям и деформациям, появились величины, доступные только в результате совмещения. Например, SOLID FAILURE INDEX покажет, где будет происходить начало разрушения. (0 – разрушений нет, 1 – разрушения).

По результатам расчёта деталь не отвечает критериям прочности и будет иметь сильные повреждения. В такой ситуации нужно изменять конструкцию или использовать другой материал (более прочный пластик).

На примере одного расчёта мы показали, как легко совместить возможности Autodesk Moldflow и Inventor Nastran.