Symulacje w projektowaniu opakowań i przedmiotów codziennego użytku
Symulacje w projektowaniu opakowań i przedmiotów codziennego użytku na Platformie 3DEXPERIENCE
Platforma 3DEXPERIENCE, dzięki bezpośredniemu połączeniu symulacji (Abaqus i inne solvery), modelowania CAD (głównie CATIA) oraz wielu dodatkowych narzędzi, w tym do studiów parametrycznych i optymalizacji, jest szczególnie przydatna w sytuacjach, gdy projektowany jest z pozoru prosty produkt, ale wymagający wielu iteracji, aby określić jego optymalny kształt. Jednymi z najczęstszych przykładów tego typu są produkty z branży Consumer Packaged Goods & Retail, czyli opakowania i przedmioty codziennego użytku. Nie bez powodu wiele przykładów przedstawianych przez Dassault Systemes SIMULIA dotyczy właśnie tej gałęzi przemysłu. Symulacje są istotne począwszy od wytwarzania tych produktów, przez ich eksploatację - muszą one nie tylko spełniać wymogi wizualne, ale również związane z wytrzymałością, szczelnością, łatwością otwierania/zamykania itd.
Wytwarzanie – symulacje wtrysku
Platforma 3DEXPERIENCE oferuje rolę Plastic Injection Engineer, która daje dostęp do niezwykle wygodnego w użyciu środowiska do symulacji procesów wtrysku tworzyw sztucznych. To narzędzie pozwala w łatwy sposób zdefiniować lub automatycznie określić punkty wtrysku, uwzględnić wirtualną reprezentację formy, jej kanały, metalowe wkładki i system chłodzenia. Po zdefiniowaniu właściwości materiałów i ustawieniu parametrów procesu można dokonać symulacji kilku kroków:
Mold – rozkład temperatur w formie,
Fill - wypełnianie formy,
Pack+Cool – zestalanie tworzywa i chłodzenie,
Warp - odkształcenia.
Poza wyznaczeniem rozkładu temperatur i ciśnienia w poszczególnych fazach procesu, możliwe jest m.in. określenie skurczu i detekcja różnego rodzaju defektów, w tym jettingu, nadmiernych śladów skurczu, linii łączenia strumieni tworzywa w nieprawidłowych obszarach czy wtrąceń powietrza.
Rozkład włókien z symulacji wypełniania można później uwzględnić w analizie mechanicznej na platformie.
Eksploatacja - wytrzymałość
Rola Structural Analysis Engineer na platformie 3DEXPERIENCE daje dostęp do prawie wszystkich funkcjonalności solvera Abaqus. Tak bezpośrednia integracja z tym potężnym oprogramowaniem CAE pozwala na wykonywanie nawet najbardziej zaawansowanych analiz MES. Dzięki unikatowemu algorytmowi general contact, definiowanie kontaktu w skomplikowanych złożeniach jest tak łatwe, jak to tylko możliwe.
Z kolei dostępność solvera Abaqus/Explicit umożliwia przeprowadzanie silnie dynamicznych i nieliniowych symulacji, np. testów upuszczenia. Jest to przydatne dla wielu produktów z branży Consumer Packaged Goods & Retail, w tym np. opakowań z tworzyw sztucznych. W połączeniu z zaawansowanymi modelami materiałów, takimi jak plastyczność anizotropowa czy hiper-/lepkosprężystość, możliwe jest realistyczne symulowanie zachowania materiałów takich jak tworzywa sztuczne czy karton.
Eksploatacja - interakcja z płynami
Platforma 3DEXPERIENCE posiada również wsparcie dla metod SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) i CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) znanych z programu Abaqus i umożliwiających symulowanie przepływu płynów z wolną powierzchnią, interakcji płynu z ciałem stałym (FSI) oraz ekstremalnych deformacji ciał stałych. W omawianych tu zastosowaniach szczególnie przydatne są możliwości symulacji ciał stałych (pojemników) wypełnionych płynami. Analizy te wykonywane są przy pomocy solvera Abaqus/Explicit i pozwalają na uwzględnienie zachowania płynu np. podczas tekstu upuszczenia.
Podsumowanie
Platforma 3DEXPERIENCE zapewnia dostęp do najwyższej klasy rozwiązań w zakresie modelowania i symulacji. Dzięki prawie całkowitej implementacji solvera Abaqus, możliwe jest wykonywanie nawet najbardziej zaawansowanych analiz mechanicznych wspomagających projektowanie opakowań i przedmiotów codziennego użytku. Branża Consumer Packaged Goods & Retail wymaga jednak nie tylko symulacji wytrzymałościowych, ale i innego rodzaju zagadnień fizycznych. Dostępność analiz multiphysics, w tym solvera przepływowego i narzędzi do symulacji procesów wtrysku tworzyw sztucznych, jest jedną z kluczowych zalet platformy. To wszystko, w połączeniu z aplikacją do kalibracji zaawansowanych modeli materiałów, studiami parametrycznymi i optymalizacją oraz innymi narzędziami dostępnymi na platformie, zapewnia kompletne rozwiązanie mogące wspomagać producentów w projektowaniu opakowań i przedmiotów codziennego użytku.