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Modelagem Avançada de Material no Abaqus


Esta postagem faz referência a documentos de clientes apresentados na conferência Ciência na Era da Experiência de 2016, com foco na modelagem avançada de materiais. Fui coordenador de várias dessas apresentações.

Um dos pilares de qualquer uso de ponta do software Abaqus é uma discussão sobre modelagem avançada de materiais (modelagem constitutiva). Essa discussão tende a abranger muitos ou todos os setores, e a recente conferência Ciência na Era da Experiência não foi exceção. Houve muitos trabalhos e apresentações de nossos clientes sobre o uso de modelos de materiais avançados no Abaqus / Standard e no Abaqus / Explicit. Alguns desses artigos foram apresentados em uma trilha dedicada à indústria, enquanto outros foram apresentados nas trilhas “Materiais” ou “Compostos”.

Dois temas sobre modelagem avançada de materiais são reconhecidos aqui:

  1. Melhores modelos de materiais para polímeros e plásticos.
  2. Foco na modelagem de eventos e processos termomecanicamente acoplados com modelos de materiais de alta fidelidade.

Os usuários do Abaqus em muitas indústrias estão trabalhando para obter melhores modelos de materiais para elastômeros, polímeros e plásticos. Os artigos de Volgers (elastômero), Pannneerselvam (polímero) e Karim (polímero) mostram o movimento para modelos de materiais de maior fidelidade. Os dois últimos artigos também mostram o uso do novo modelo PRF (Parallel Rheological Framework) no Abaqus para capturar viscoelasticidade não linear.

Os artigos de Brown, Arias e Nyaaba apresentam o tema em torno da modelagem de eventos ou processos termomecanicamente acoplados. O primeiro artigo enfoca metais em eventos de forjamento, e os dois últimos enfocam aplicações de borracha onde a histerese mecânica gera calor significativo. O artigo de Nyaaba aborda o uso do novo modelo PRF (para viscoelasticidade não linear) e seu uso em uma aplicação de pneu que gera calor devido à histerese viscoelástica da borracha.

Prevendo e projetando seringa de segurança integrada para a vida útil usando modelos constitutivos não lineares avançados em Abaqus, Dinesh Panneerselvam, Scott Russo, Jyoti Gupta, Unilife Medical Solutions

Resumo: A indústria de dispositivos médicos é altamente regulamentada e a segurança do paciente é fundamental. Garantir a mais alta qualidade e segurança do paciente exige que o dispositivo funcione conforme desejado desde o momento da fabricação, durante a vida útil do produto e durante o uso. Os plásticos usados ​​em dispositivos médicos podem sofrer degradação nas propriedades mecânicas ao longo do tempo durante a vida útil do produto, dependendo do design do dispositivo. Portanto, é importante levar em consideração esse aspecto do comportamento do plástico durante a seleção do material e o projeto do dispositivo.

Plásticos sob carga constante por longos períodos apresentam deformações por fluência. O teste de dispositivos para fluência pode ser um processo demorado, muitas vezes levando a atrasos nas iterações do projeto para produzir o projeto ideal e, subsequentemente, tempo para o mercado. A modelagem computacional e as simulações FEA com modelos de materiais avançados podem prever o comportamento do material com um alto grau de precisão e podem fornecer insights profundos sobre como o dispositivo funcionará ao longo do tempo, resultando em feedback valioso para iterações de design e, muitas vezes, reduzindo os ciclos de iteração de design.

Neste artigo, o comportamento de curto e longo prazo do policarbonato é modelado usando um modelo viscoelástico hiperelástico não linear baseado na estrutura reológica paralela. O modelo constitutivo é calibrado com relação à tensão uniaxial e dados de teste de fluência de longo prazo, é usado para prever a deformação em função do tempo em componentes de policarbonato da seringa de segurança integrada Unifill FinesseTM. As previsões do modelo são validadas em relação aos dados de teste de tempo real de longo prazo e também de envelhecimento acelerado. Normalmente, esses testes duram meses.

Em resumo, por meio deste trabalho, iterações de projeto caras e demoradas por meio de testes foram reduzidas a alguns ciclos com modelagem precisa e previsões de deformação de fluência de material fazendo uso de modelos constitutivos não lineares avançados em ABAQUS, demonstrando como as simulações FEA podem ser aproveitadas como uma ferramenta eficaz no produto processo de desenvolvimento para economizar tempo e custo e trazer produtos de alta qualidade mais rapidamente ao mercado. Leia o artigo completo



Predição de recuperação viscoelástica não linear de polímeros termoplásticos usando o modelo de estrutura reológica paralela de Abaqus (PRF), Mohammed Karim, Zhenyu Zhang e Ye Zhu, DuPont Performance Materials

Resumo: Os polímeros termoplásticos apresentam um comportamento viscoelástico não linear significativo devido ao qual, após a remoção da carga aplicada, esses materiais têm alguma recuperação viscoelástica ao longo do tempo antes que ocorra deformação permanente ou pega. Neste trabalho, o modelo Abaqus PRF é usado para prever esta recuperação viscoelástica dependente do tempo. Ao contrário do modelo viscoelástico linear no Abaqus, o modelo PRF pode prever o comportamento viscoelástico não linear típico de materiais termoplásticos.

Dois tipos de teste, relaxamento de tensão e carregamento cíclico em três níveis de deformação diferentes, são usados ​​para calibrar os coeficientes do modelo PRF. A ferramenta de otimização Isight do SIMULIA é usada para otimizar esses coeficientes. Usando os coeficientes otimizados, o modelo PRF é capaz de prever a recuperação viscoelástica não linear dependente do tempo de polímeros termoplásticos. Leia o artigo completo



Simulações de forjamento termomecânico acoplado e o efeito das leis constitutivas de materiais, Stuart Brown, Nagi Elabbasi e Eric Schmitt, Veryst Engineering

Resumo: O projeto correto de conformação a quente depende da previsão precisa das cargas de conformação, deformação do material e propriedades do material. Isso é particularmente verdadeiro para análises termomecânicas acopladas, em que o contato matriz / peça de trabalho muda as deformações e temperaturas locais. Essas deformações e históricos térmicos podem alterar as microestruturas do material e as propriedades do produto resultante.

Esta apresentação examina a influência de diferentes materiais e modelos de contato em uma simulação de forjamento a quente e discute as consequências no desempenho final do produto. Usamos a plasticidade independente da taxa e comparamos os resultados com a variável interna Anand, modelo viscoplástico disponível no Abaqus. Também usamos diferentes condições de contato com sensibilidade à pressão variável para transferência de calor. As simulações demonstram que a seleção constitutiva do modelo tem um forte efeito nas propriedades finais previstas do forjamento. Leia o artigo completo



Melhorando os projetos de piso de borracha contra o acúmulo de calor sob carga cíclica usando energia de deformação, Sergio Arias, Dr. Bahram Sarbandi, Priyantha Sriwardene, Camso

Resumo: A geração de calor na borracha é um fenômeno complexo que ocorre quando um componente de borracha está sendo carregado ciclicamente. O desenvolvimento desse aumento de calor vem da natureza viscoelástica dos compostos de borracha que ocorre durante os processos de carga e descarga, e é um mecanismo difícil de quantificar numericamente. Muitas pesquisas sobre este comportamento particular e característico da borracha foram feitas essencialmente desde a invenção da borracha. Ao longo da última década ou mais, houve vários avanços na área de geração de calor, e os códigos de elementos finitos estão começando a fornecer soluções para estudar esse comportamento.

No entanto, ainda é um parâmetro muito complexo de medir e validar para fins práticos. Como resultado, uma maneira alternativa de conceber um método para melhorar os designs dos degraus em nossas pistas contra o desenvolvimento do aumento de calor é estudar a energia de deformação. O objetivo desta pesquisa é compreender como podemos usar a energia de deformação gerada em um ciclo de carga total e utilizá-la para projetar uma nova e melhor geração de bandas de rodagem que podem atender às demandas crescentes constantes de desempenho no mundo das esteiras de borracha. Leia o artigo completo



FEA Prediction of Off-Road Tire Temperature Distribution, W. Nyaaba, S. Frimpong, G. Somua-Gyimah e G. Galecki, Missouri University of Science and Technology

Resumo: A geração e retenção excessiva de calor em pneus de caminhões basculantes ultragrandes está entre as causas mais comuns de falhas de pneus na indústria de mineração de superfície. A previsão precisa de um perfil de temperatura operacional do pneu envolve o uso de modelos numéricos avançados e esquemas de solução para imitar a resposta completa dos materiais elastoméricos às condições operacionais. O calor gerado internamente em um pneu é uma função de sua dissipação de energia viscoelástica durante a rolagem. Estudos de pesquisa anteriores previram de maneira imprecisa taxas de geração de calor de pneus fora de estrada (OTR) e temperaturas pelo uso de viscoelasticidade linear para aproximar o material de borracha viscoelástica um tanto não linear.

Este artigo apresenta uma abordagem precisa para prever as distribuições de temperatura do pneu OTR, levando em consideração a verdadeira resposta mecânica dos compostos de borracha preenchidos usados ​​nos pneus. A viscoelasticidade não linear da borracha foi modelada usando a estrutura reológica paralela (PRF) recentemente implementada no Abaqus. Os dados do teste de relaxamento de tensão para dois compostos regionais (banda de rodagem e carcaça) foram usados ​​para calibrar os parâmetros do modelo de material PRF usando o componente de correspondência de dados do Isight. Um procedimento de análise de tensão térmica totalmente acoplado em Abaqus / Explicit foi adotado para comparar as distribuições de temperatura de um pneu Michelin 59 / 80R63 típico modelado usando duas teorias de materiais:(i) viscoelasticidade linear e (ii) viscoelasticidade não linear. Os resultados obtidos mostram que as distribuições de temperatura dos pneus são previstas com mais precisão pelo modelo de material PRF do que pelo modelo da série Prony. Leia o artigo completo



Quer ler mais documentos de clientes?

Se você estiver interessado em ler outros artigos apresentados na Science in the Age of Experience 2016, acesse os anais completos da conferência na Comunidade de Aprendizagem SIMULIA¹.

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