（以上圖片來自百度圖片）

從生產過程上來說，消費者在飲用某種飲料之前，“飲料”這個產品需要經歷：注胚、吹瓶、貼標、灌裝、封蓋、次級包裝、堆垛倉儲、貨運、上架等過程。我們今天以廣泛應用于飲料瓶體生產的PET瓶胚吹塑過程進行討論。

本文的瓶體分析原型源自：娃哈哈集團模具與包裝研究所提供的“營養快線”的瓶體幾何模型，在此聲明對娃哈哈集團的感謝！筆者參觀過娃哈哈模具與包裝研究所，進門首先映入眼簾的是各種精密的模具零部件，以及精磨拋光后的吹塑模具，用料考究（閃閃發亮），設計精密。現在想起來也不禁贊嘆娃哈哈在產品研發上的投入！

（以上圖片來自百度圖片）

現在我們開始從一步一步完成該瓶體（營養快線）的吹瓶分析：

通過Abaqus/CAE 界面上菜單： File->Import->Part 導入瓶胚的幾何模型。

瓶胚以及其剖面的幾何模型如下圖所示，導入的幾何模型為實體模型，在吹塑分析中，我們可以通過提取中面的方法，用殼單元建模的方法降低計算量。（瓶胚一般包含擰緊螺紋，且在吹瓶過程中瓶口部位材料變形不大，為了簡化模型，實際仿真分析一般會隱掉瓶口螺紋）

通過以上剖面圖我們可以看到，整個瓶胚截面是非均厚的，所以為了精確起見需要手動對瓶胚幾何進行切分，然后再分區提取中面。隨著軟件版本的功能更新，可能可以實現對于非均厚剖面的瓶胚實現一鍵抽中面。（這里可以插一句：制約我們功能實現的最大障礙可能是我們的局限的想象力）

以上為按厚度區域簡單手工切分并抽中面后的瓶胚殼結構幾何，不同顏色區域代表不同的厚度分布。

然后用同樣的方法導入瓶體設計幾何文件，并與瓶胚模型裝配到一起。

上圖中藍色部分為頂桿，這里需要介紹一下：由于PET材質在加熱后韌性較大，為了得到理想的最終瓶體，采用PET材質的瓶體生產過程通常采用頂吹工藝。先把瓶胚加熱，然后頂桿向下頂瓶胚使其拉伸，同時頂桿上的吹起孔會放出高壓氣體，通過氣體膨脹是延展后的瓶胚外壁直接脹壓到瓶體模具內壁上，然后繼續保壓并逐漸降低模具溫度是瓶胚最終吹塑形態固定，最后取出最終瓶體為后續貼標、灌裝等生產過程做好準備。

模型相對位置搭建好之后，在Abaqus/CAE界面跳轉到Property模塊，進行相應的材料定義。一般吹瓶受熱狀態的瓶胚材料類似于超彈性材料，這里對具體材料參數不做具體標識。（Abaqus提供非常豐富的材料模型，滿足仿真建模需要）

然后應用建立的材料參數生成殼材料屬性截面（Material Section ）并附材料屬性給瓶胚。

下面一步就需要定義瓶體、瓶胚、頂桿等的邊界條件。以及接觸設置，這里要聲明一下定義瓶體接觸面時要選外表面最外側最為接觸面，否則可能造成瓶胚最終吹塑結果尺寸上比原始設計少瓶體壁面厚度，這樣吹出來的瓶體會稍微厚一點。

最終，吹塑分析的網格模型如上圖所示。提交分析計算，觀察分析結果。本模型可以通過調整頂桿下移速度、頂桿吹氣速度、瓶胚與模具的摩擦系數、頂桿與瓶胚的摩擦系數等方法實現參數敏感性分析，通過調整各參數（包含瓶胚材料參數）實現仿真模型與物理模型統一，在今后相同工藝相同材料的條件下就可實現從CAD設計到現實仿真，最終驗證設計是否滿足要求。

對于包裝分析而言，吹塑分析是整個瓶體分析的基礎：

通過吹塑分析我們可以得到瓶體質量（g；用于計算物料成本）、灌裝液面高度、瓶體厚度分布（計算氣體滲透、保質期，如碳酸、果汁類飲料）、瓶體各項力學性能（擠壓回彈、抗頂壓能力；當然也可以通過Isight參數優化各部尺寸或者通過Tosca實現尺寸優化其瓶壁上的凹凸紋理，進而實現瓶體的優化設計）。通過吹塑仿真我們還可以得到瓶體厚度分布數據文件，格式如：（x, y, z, thickness），厚度分布數據是分析瓶體各項性能指標的基礎。

Abaqus與Python無縫集成，用戶可以通過編寫Python腳本實現提取各項數據或者對計算結果做后處理，從而得到各種所需的結果數據、圖像、動畫等。

作者：趙洪鑫  

來源包裝的現實仿真