AbaqusのAdvancedMaterial Modeling
この投稿は、高度な材料モデリングに焦点を当てた2016年のScience in the Age ofExperienceカンファレンスで発表された顧客の論文を参照しています。私はこれらのプレゼンテーションのいくつかのセッションチェアでした。
Abaqusソフトウェアの最先端の使用の主力の1つは、高度な材料モデリング（構成モデリング）の議論です。この議論は多くの、またはすべての業界にまたがる傾向があり、最近の「経験の時代の科学」会議も例外ではありませんでした。 Abaqus / StandardとAbaqus / Explicitの両方での高度な材料モデルの使用について、お客様から多くの論文やプレゼンテーションがありました。これらの論文のいくつかは専用の業界トラックの下で発表されましたが、他の論文は「材料」または「複合材料」トラック内で発表されました。
高度なマテリアルモデリングに関する2つのテーマがここで認識されます：
- ポリマーとプラスチックのより優れた材料モデル。
- 忠実度の高い材料モデルを使用して、熱機械的に結合されたイベントとプロセスのモデリングに焦点を当てます。
多くの業界のAbaqusユーザーは、エラストマー、ポリマー、プラスチックのより優れた材料モデルに向けて取り組んでいます。 Volgers（エラストマー）、Pannneerselvam（ポリマー）、およびKarim（ポリマー）の論文はすべて、より忠実な材料モデルへの移行を示しています。後者の2つの論文では、非線形粘弾性をキャプチャするためのAbaqusでの新しいPRF（Parallel Rheological Framework）モデルの使用も紹介しています。
Brown、Arias、およびNyaabaの論文はすべて、熱機械的に結合されたイベントまたはプロセスのモデリングに関するテーマを紹介しています。最初の論文は鍛造イベントでの金属に焦点を当てており、後の2つは機械的ヒステリシスがかなりの熱を発生させるゴム用途に焦点を当てています。 Nyaabaの論文では、新しいPRFモデル（非線形粘弾性用）の使用と、ゴムの粘弾性ヒステリシスによって熱を発生するタイヤ用途での使用の両方に触れています。
Abaqus、Dinesh Panneerselvam、Scott Russo、Jyoti Gupta、Unilife Medical Solutionsの高度な非線形構成モデルを使用した、棚寿命用の統合安全シリンジの予測と設計
要約： 医療機器業界は規制の厳しい業界であり、患者の安全が最優先されています。最高の品質と患者の安全を確保するには、デバイスの製造時から製品の貯蔵寿命、使用時まで、デバイスが希望どおりに機能することが求められます。医療機器に使用されるプラスチックは、機器の設計によっては、製品の保管期間中に機械的特性が劣化する可能性があります。したがって、材料の選択およびデバイスの設計時に、塑性挙動のこの側面を考慮することが重要です。
長期間一定の荷重がかかるプラスチックは、クリープ変形を示します。デバイスのクリープのテストは長いプロセスになる可能性があり、多くの場合、設計の反復が遅れて最適な設計が得られ、その後市場に出るまでの時間が長くなります。高度な材料モデルを使用した計算モデリングとFEAシミュレーションにより、材料の動作を高い精度で予測でき、デバイスが時間の経過とともにどのように動作するかについての深い洞察を提供できるため、設計の反復に対する貴重なフィードバックが得られ、多くの場合、設計の反復サイクルが短縮されます。
この論文では、ポリカーボネートの短期および長期の挙動は、平行レオロジーフレームワークに基づく超弾性-非線形粘弾性モデルを使用してモデル化されています。構成モデルは、一軸張力および長期クリープ試験データに対して較正され、UnifillFinesseTM統合安全シリンジのポリカーボネートコンポーネントのひずみを時間の関数として予測するために使用されます。モデルの予測は、長期のリアルタイムおよび加速劣化試験データに対して検証されます。通常、これらのテストは数か月間実行されます。
要約すると、この作業により、テストによる時間のかかる高価な設計の反復が数サイクルに短縮され、ABAQUSの高度な非線形構成モデルを利用した正確なモデリングと材料クリープひずみ予測により、FEAシミュレーションを製品の効果的なツールとして活用する方法が示されました。時間とコストを節約し、高品質の製品をより早く市場に投入するための開発プロセス。論文全文を読む
Abaqus Parallel Rheological Framework（PRF）モデル、Mohammed Karim、Zhenyu Zhang、およびYe Zhu、DuPont PerformanceMaterialsを使用した熱可塑性ポリマーの非線形粘弾性回復の予測
要約： 熱可塑性ポリマーは、大きな非線形粘弾性挙動を示します。これにより、加えられた荷重を取り除いた後、これらの材料は、永久的な変形または硬化が発生する前に、時間の経過とともに粘弾性が回復します。この作業では、Abaqus PRFモデルを使用して、この時間依存の粘弾性回復を予測します。 Abaqusの線形粘弾性モデルとは異なり、PRFモデルは、熱可塑性材料の典型的な非線形粘弾性挙動を予測できます。
PRFモデルの係数を較正するために、3つの異なるひずみレベルでの応力緩和と繰り返し荷重の2種類のテストが使用されます。 SIMULIAの最適化ツールIsightは、これらの係数を最適化するために使用されます。最適化された係数を使用して、PRFモデルは熱可塑性ポリマーの時間依存の非線形粘弾性回復を予測できます。論文全文を読む
結合された熱機械鍛造シミュレーションと材料構成法則の影響、Stuart Brown、Nagi Elabbasi、Eric Schmitt、Veryst Engineering
要約： 正しい熱間成形設計は、成形荷重、材料変形、および材料特性の正確な予測に依存しています。これは、ダイ/ワークピースの接触によって局所的な変形と温度が変化する熱機械分析の組み合わせに特に当てはまります。これらのひずみと熱履歴により、材料の微細構造と結果として生じる製品の特性が変化する可能性があります。
このプレゼンテーションでは、熱間鍛造シミュレーション内のさまざまな材料および接触モデルの影響を調べ、最終的な製品性能への影響について説明します。速度に依存しない可塑性を使用し、その結果をAbaqus内で利用可能なAnand内部変数の粘塑性モデルと比較します。また、熱伝達のためにさまざまな圧力感度でさまざまな接触条件を使用します。シミュレーションは、構成モデルの選択が鍛造品の最終的な予測特性に強い影響を与えることを示しています。 論文全文を読む
ひずみエネルギー、Sergio Arias、Dr。BahramSarbandi、Priyantha Sriwardene、Camsoを使用した、繰り返し荷重下での熱の蓄積に対するゴム製トレッド設計の改善
要約： ゴムの発熱は、ゴム部品が周期的に負荷されているときに発生する複雑な現象です。この熱の蓄積の発生は、ロードおよびアンロードプロセス中に発生するゴムコンパウンドの粘弾性の性質に起因し、数値で定量化することは困難なメカニズムです。ゴムのこの特定の特徴的な動作に関する多くの研究は、本質的にゴムの発明以来行われてきました。過去10年ほどの間に、熱生成の分野で多くのブレークスルーがあり、有限要素コードがこの動作を研究するためのソリューションを提供し始めています。
ただし、実際の目的で測定および検証することは、依然として非常に複雑なパラメータです。結果として、熱の蓄積の発生に対してトラックの踏板の設計を改善する方法を考案する別の方法は、ひずみエネルギーを研究することです。この研究の目的は、1回の全負荷サイクルで発生するひずみエネルギーをどのように使用できるかを理解し、これを利用して、ラバートラックの世界で絶えず増大するパフォーマンスの要求を満たすことができる新しいより良い世代の踏板を設計することです。論文全文を読む
オフロードタイヤ温度分布のFEA予測、W。Nyaaba、S。Frimpong、G。Somua-Gyimah、G。Galecki、ミズーリ科学技術大学
要約： 超大型ダンプトラックタイヤの過度の発熱と保持は、露天掘り業界でのタイヤの故障の最も一般的な原因の1つです。動作中のタイヤの温度プロファイルを正確に予測するには、高度な数値モデルとソリューションスキームを使用して、動作条件に対する完全なエラストマー材料の応答を模倣する必要があります。タイヤの内部で発生する熱は、転がり中の粘弾性エネルギー散逸の関数です。以前の調査研究では、線形粘弾性を使用してかなり非線形の粘弾性ゴム材料を近似することにより、オフロード（OTR）タイヤの発熱率と温度を不正確に予測していました。
このペーパーでは、タイヤに使用されている充填ゴムコンパウンドの真の機械的応答を考慮して、OTRタイヤの温度分布を予測するための正確なアプローチを紹介します。ゴムの非線形粘弾性は、Abaqusで最近実装された並列レオロジーフレームワーク（PRF）を使用してモデル化されました。 2つの地域化合物（踏板と枝肉）の応力緩和試験データを使用して、Isightのデータマッチングコンポーネントを使用してPRF材料モデルパラメータを調整しました。 Abaqus / Explicitの完全結合熱応力解析手順を採用して、（i）線形粘弾性と（ii）非線形粘弾性の2つの材料理論を使用してモデル化された典型的なミシュラン59 / 80R63タイヤの温度分布を比較しました。得られた結果は、タイヤの温度分布がPronyシリーズモデルよりもPRF材料モデルの方が正確に予測されることを示しています。論文全文を読む
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