abaqus材料成型的案例
ABAQUS軟件在材料成型中的應用
掌握諸如摩擦條件、材料性能、工件幾何形狀、成形力等工藝參數(shù)對成形過程的影響，設計工程師可以正確地設計模具和選擇加工設備，并預測和防止缺陷的生成。
隨著模擬中的一些關(guān)鍵技術(shù)的進一步發(fā)展及計算機硬件水平的提高，數(shù)值模擬在加工成形中的應用越來越接近真實流程，模擬工作逐步從模擬簡單零件轉(zhuǎn)向模擬復雜零件，從模擬單工步成形轉(zhuǎn)向模擬多工步成形，從單純的金屬流動模擬轉(zhuǎn)向溫度場等多方面的復合模擬。ABAQUS的分析步正好體現(xiàn)了這樣的概念－模擬真實的世界。下圖為掉底模擬以及各向同性和各向異性材料的成型模擬。
ABAQUS軟件在材料成型中的應用.pdf
展開 Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的材料成型仿真模擬比較
材料的塑性成型過程中，我們往往需要確定在成型過程中作用在沖頭上的力，以及作用在毛柸和夾具上的力，同時也必須確定材料的塑性應變，是否超過材料的失效應變，進而確定在成型過程中材料是否發(fā)生斷裂。
在成型模擬中，涉及到多種物體之間的接觸，以及毛柸的大變形，因此是一個很強烈的非線性問題。Abaqus由于強大的非線性求解，在材料的成型模擬中應用廣泛。本文利用abaqus中的隱式求解方法standard與隱式求解方法explicit，模擬了同一個金屬板材加工成凹槽的過程。
一、模型的建立
板材的成型模擬過程可以簡化成如圖1所示的物理模型（采用了對稱原理）。毛柸在夾具和沖模的作用力下固定，對沖頭施加一個作用力，使毛柸發(fā)生塑性變形，進而形成我們所想要的形狀。
在abaqus中模擬過程中，我們采用二維平面應變模型。關(guān)于平面應變和平面應力問題，很多讀者可能會感到困惑。作者在這里對平面應變和平面應力的問題做簡要的區(qū)別。平面應變是材料應力應變六面體單元中,Z向的應變?yōu)?，只有X與Y方向的應變，一般對應于柱體的問題；而平面應力則是在應變應力六面體單元中,Z向的應力為0，只有X與Y方向的應力，一般對應于薄板的問題。本例中，毛柸在Z向的方向較長，Z方向的應變基本為0，因此本文采用平面應變模型求解。
圖1 成型分析的物理模型
對于毛柸，我們采用二維的可變實體單元建立模型。而對于沖頭，夾具與沖模，相對于毛柸來說，他們的剛性較大，在材料的沖壓成型中，變形可以忽略。因此，我們采用剛性體來模擬。在abaqus中，剛形體的建立有解析剛體和離散剛體。解析剛體一般用來模擬簡單的形狀，如曲線或者殼體；而離散剛體可以模擬任意復雜形狀的剛體。同時解析剛體不需要劃分網(wǎng)格，而離散剛體需要劃分網(wǎng)格。但是解析剛體和離散剛體都需要賦予參考點。
展開 Abaqus基于粘彈性本構(gòu)的復合材料固化成型仿真
Abaqus基于粘彈性本構(gòu)的復合材料固化變形分析
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產(chǎn)生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發(fā)展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產(chǎn)效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構(gòu)。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構(gòu)模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構(gòu)模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構(gòu)模型。
Zocher等提出的粘彈性本構(gòu)模型其本構(gòu)關(guān)系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態(tài)變量
其中，增量步內(nèi)的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉(zhuǎn)換因子、權(quán)重系數(shù)和松弛時間。松弛時間和權(quán)重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構(gòu)模型，結(jié)合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關(guān)系的關(guān)系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關(guān)系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
有關(guān)于子程序二次開發(fā)或者復材仿真的問題可以聯(lián)系QQ1653004885或者關(guān)注CAE320公眾號
展開 Abaqus基于粘彈性本構(gòu)的復合材料固化成型仿真
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產(chǎn)生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發(fā)展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產(chǎn)效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構(gòu)。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構(gòu)模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構(gòu)模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構(gòu)模型。
Zocher等提出的粘彈性本構(gòu)模型其本構(gòu)關(guān)系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態(tài)變量
其中，增量步內(nèi)的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉(zhuǎn)換因子、權(quán)重系數(shù)和松弛時間。松弛時間和權(quán)重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構(gòu)模型，結(jié)合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關(guān)系的關(guān)系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關(guān)系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
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基于Abaqus的復合材料固化成型過程中的熱-固化數(shù)值模擬 ￥99
復合材料固化成型過程中，許多材料參數(shù)都是與溫度場及固化度相關(guān)的，因此模擬復合材料固化成型時首先需要知道溫度場和固化度的變化情況。
溫度和固化度這兩部分是相互耦合的，復合材料固化過程的熱傳導需要考慮固化放熱的影響
式中，ρc為復合材料密度；Cc為復合材料比熱容，λ為導熱系數(shù)，T為溫度，t為時間；Q為熱生成率
式中，ρr為樹脂密度；Vf為纖維體積分數(shù)；Hr為樹脂放熱；α為固化度；固化反應速率
其中
式中，K為自催化模型反應速率常數(shù)；A為頻率因子；ΔE為活化能；R為理想氣體常數(shù)。
數(shù)值模擬過程中主要用到SDVINI、FILM、DISP、HETVAL及USDFLD子程序。
1) SDVINI和USDFLD子程序主要用來定義初始狀態(tài)變量，并且兩者可以互相替代。
2) FILM子程序用來定義熱傳導第三類邊界條件中的對流換熱系數(shù)和環(huán)境溫度。
3) DISP用來定義熱傳導第一類邊界條件，當熱交換系數(shù)非常大時，DISP和FILM定義的邊界效果相近。
4) HETVAL用來定義材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，該程序是連接熱傳導和固化動力學方程的關(guān)鍵。
使用的材料屬性見下表
仿真得到的固化度和溫度變化結(jié)果見下圖
[1]丁安心. 熱固性樹脂基復合材料固化變形數(shù)值模擬和理論研究[D].
[2]喬巍,姚衛(wèi)星,馬銘澤.復合材料殘余應力和固化變形數(shù)值模擬及本構(gòu)模型評價[J].材料導報,2019,33(24):4193-4198.
考慮粘彈性本構(gòu)的固化仿真http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1283755
大家有問題可以私信或者聯(lián)系QQ1653004885
附件中為子程序和inp文件
展開 可視化射出成型技術(shù)探討循環(huán)再利用塑料材料成型特性──以聚丙烯材料為例
對于熱塑性塑料來說，塑料粒在經(jīng)過射出機螺桿的塑化與剪切，其塑料分子鏈會被剪斷，黏度性質(zhì)或流動特性可能產(chǎn)生變化，進而影響塑料產(chǎn)品成型。由目前文獻搜集可得知，學術(shù)上的研究發(fā)表大多在不同回收料添加比例、配方與制程特性上進行研究與探討，但對于塑膠原料經(jīng)重復射出→粉碎→再射出，且不加入原塑料材料(Raw material)情形下的回收料之成型特性較少探討。
圖1：循環(huán)再利用塑料射出成型實驗流程示意圖
因此，本文章分享塑料在經(jīng)過多次射出→粉碎→再射出的制程中（如圖1所示），透過在模穴內(nèi)安裝壓力感測組件，觀察回收塑料射出成型過程熔膠流動長度與充填至模穴之壓力變化，并計算其黏度因子；藉以透過成型信息實時感測（成型信息可視化）方式了解不同回收次數(shù)之塑膠成型特性。
另一方面，透過熔融指數(shù)試驗機(Melt flow index tester)以及熱示差掃描分析儀(Differential scanning calorimetry, DSC)針對不同粉碎次數(shù)之實驗材料進行檢測，觀察塑膠原料回收次數(shù)增加后其熔融流動特性與熱性質(zhì)變化。
最后，透過射出成型實驗進行成型試片機械性質(zhì)測試觀察，將試片（ASTM D638拉伸試片）進行拉伸測試，藉由拉伸測試結(jié)果，并整合模穴壓力變化、黏度因子變化，以及相對應的回收料流動特性與熱性質(zhì)變化，進行探討。
研究結(jié)果與討論
圖2(a)為原材料Raw-PP在多次回收粉碎過程后，進行射出成型實驗并觀察熔膠充填流動特性的變化，圖中顯示隨著回收次數(shù)增加，可明顯觀察到Melt flow rate隨回收次數(shù)增加而變大，意味著PP分子量隨著回收次數(shù)增加而變低，且回收次數(shù)到達4次以上時達到飽和。
展開 常見的金屬材料金屬材料成型方法
常見金屬材料主要有黑色金屬鐵及其合金，壓鑄模具以及有色金屬及其合金。有色金屬又叫非鐵材料。
鐵的合金主要為鋼和鑄鐵。工業(yè)用鋼分結(jié)構(gòu)鋼，零件鋼，工具鋼和特殊性能鋼。常用鑄鐵分灰鑄鐵，可鍛鑄鐵，球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。
常用有色金屬：鋁及鋁合金，鈦及鈦合金，銅及銅合金和軸承合金（錫基，鉛基，鋁基軸承合金）。
常用成型方法
冷加工：車，銑，刨，磨，鉆，拉（機加工）；冷軋、冷拔、冷鍛、沖壓、冷擠壓。
熱加工：鑄造，熱扎，鍛造，熱處理，焊接，熱切割，熱噴涂
一文看常用材料成型技術(shù)
1
熱壓成型
橡膠，塑膠及纖維強化復合材料置入預熱模穴中藉由加壓成型。
熱壓成型示意圖
熱壓成型制成的鍵盤按鍵
2
熱成型
熱塑性塑膠板材料在加熱后加壓成型，適用成型板厚在1毫米至12毫米。
熱成型示意圖
制作過程如下
3
旋轉(zhuǎn)成型
旋轉(zhuǎn)成型用于制作具有等肉厚的中空形體，聚合物粉末沿著模具內(nèi)壁經(jīng)過加熱后，滾動翻攪自成無內(nèi)應力的加工成品。
旋轉(zhuǎn)成型示意圖
制作過程如下
4
射出成型
射出成型是塑膠制品大量生產(chǎn)最重要的生產(chǎn)技術(shù)，它被用以生產(chǎn)種類極為繁多的日常生活用品，它能成型復雜形狀且尺寸差異大的產(chǎn)品，從大件的產(chǎn)品到很薄的小玩意。
展開 金屬材料與非金屬成型比較
培養(yǎng)具備金屬、塑料等材料的產(chǎn)品、工藝與模具方面的知識，能運用計算機技術(shù)進行產(chǎn)品、工藝與模具的設計、運用數(shù)控加工技術(shù)進行成型模具的制造，能從事產(chǎn)品及模具的試驗研究、生產(chǎn)管理、經(jīng)營銷售等方面的高級工程技術(shù)人才。
主要課程：金屬成形工藝及模具、五金模具塑料成型工藝及模具、塑料制品裝潢與設計、模具材料及熱處理、模具制造技術(shù)、數(shù)控加工、產(chǎn)品造型設計、模具計算機輔助設計（CAD）、模具計算機輔助制造（CAM）、成型過程計算機輔助分析（CAE）、成型設備及計算機控制、創(chuàng)新設計、模具市場營銷、模具生產(chǎn)管理等。
就業(yè)方向：可在各行業(yè)從事與材料加工工程有關(guān)的金屬與塑料產(chǎn)品、工藝、模具的計算機輔助設計，計算機輔助制造、數(shù)控加工，試驗開發(fā)、質(zhì)檢分析、管理營銷、教育科研等工作。
展開 注塑成型材料收縮率與密度速查表
戳我進入社區(qū)：注塑和模具人的網(wǎng)上家園
材料
標稱
密度
收 縮 率
[g/cm3]
[%]
聚苯乙烯
PS
1.05
0.3-0.6
聚苯乙烯，中.高沖擊性
HI-PS
1.05
0.5-0.6
聚苯乙烯-丙烯晴
SAN
1.08
0.5-0.7
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯
ABS
1.06
0.4-0.7
苯烯晴-苯乙烯-丙烯酸
ASA
1.07
0.4-0.6
低密度聚乙烯
LDPE
0.954
1.5-4.0
高密度聚乙烯
HDPE
0.92
1.5-3.6
聚丙烯
PP
0.915
1.0-2.5
聚本烯-GR
PPGR
1.15
0.5-1.2
聚甲基戊烯
PMP
0.83
1.5-3.0
軟質(zhì)聚氯乙烯
PVC-soft
1.38
1.0-2.5
展開 注塑成型時不同材料該如何替換？
異種材料的替換作業(yè)，在材料替換的前后，我們利用各種材料的溶融粘度的差異來進行作業(yè)，料筒的溫度控制應預先著手決定。
對一般性的熱可塑性材料，溫度高就客易粘在金屬面上，而溫度低就不易粘在金屬面上，替換作業(yè)就是利用材料的這個性質(zhì)，讓想替換掉(想擠出)的材料粘在熱的加熱料筒內(nèi)壁上，然后對冷的螺桿供給粘度高的材料(替換材料)旋轉(zhuǎn)除去想擠出的材料，這些是我們的基本考慮點，這時，螺桿側(cè)的溫度盡量保持低的溫度為好，使想替換掉的材料不
粘在螺桿上是最主要的。
因此，在替換用材料中適用的是嚳融粘度結(jié)實的材料，一般使用的是高密度PS或特殊的一些替換材料。
異種材料的替換作業(yè)的一般順序和注意事項，表示在以下過程：
1、加熱料筒的溫度，到替換作業(yè)終了為至，要比實際的成形溫度保持盡量低的程度，圖A表示在異種材料替換作業(yè)中溫度控制的過程。
2、螺桿回轉(zhuǎn)數(shù)盡可能低，還有，降低螺桿的背壓，以防止出由于摩擦熱而引起的材料溫度上升。
3、每次供給螺桿在少量的替換材料，盡可能不使溶融的樹脂卷纏在螺桿上。
4、使螺桿在短的行程中前進，返復數(shù)次以沖擊式地射出樹脂，這樣的作業(yè)是非常有效果的。
5、加熱料筒內(nèi)壁，螺桿的頭部外徑等部份有損傷的話，在這一部份有溶融樹脂，滯留替換作業(yè)變得困難。
展開 
復合材料成型用脫模劑都有哪些？
材料分類
成型、脫模方法
脫模劑體系
金屬
材料
液態(tài)金屬鑄造成型、固態(tài)金屬塑性成形
有機硅、無機涂料
有機高分子材料
塑料注塑成型、橡膠壓制成型、注塑成型
有機硅、表面活性劑
無機非金屬材料
玻璃、陶瓷澆筑成型、壓制成型、等靜壓成型、熱壓燒結(jié)成型
油脂
復合
材料
手糊成型、噴射成型樹脂注入（RTM）、模壓成型（GMT、SMC）、真空導流成型工藝
聚合物、蠟類
隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，脫模劑的應用也愈加廣泛。以下是幾種典型的聚合物基復合材料（PMC）成型用脫模劑：
碳纖維復合材料脫模劑
碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料，即以短切或者連續(xù)碳纖維作為增強相的（環(huán)氧樹脂）樹脂基復合材料。其應用市場細分大致如下：
風能（23%）
航空航天（20%）
體育用品（12%）
汽車（10%）
壓力容器（10%）
用于注塑塑料和其他短纖維應用的復合材料（8%）
建筑和基礎設施（8%）
其他細分市場（9%）
對于碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料脫模劑，通常采用復合型的水性蠟乳液，其中包含石蠟乳液、聚乙烯蠟乳液、棕櫚蠟乳液或者溶劑型的蠟膏作為脫模劑使用。
展開 LSR 之材料特性與成型過程介紹
LSR 之材料特性與成型過程介紹
■型創(chuàng)科技/ 劉文斌 技術(shù)總監(jiān)
液態(tài)硅烷橡膠的特性
液態(tài)硅烷橡膠(Liquid Silicone Rubber, LSR) 是種無毒、耐熱性、具高回彈性的柔軟熱固性材料，其流變行為的主要表現(xiàn)為具低黏度、可快速固化、剪切稀化現(xiàn)象以及較高的熱膨脹系數(shù)值。LSR 是以鉑金(Pt, Au)作為催化劑的兩液型快速固化材料，可采射出成型加工方式來成型，射出成型方式可達到大量制造、快速交聯(lián)固化，以及可重復性的穩(wěn)定生產(chǎn)等加工優(yōu)點。
圖1：液體硅橡膠是一種堅固，柔韌的材料，可以很好地保留其記憶力
LSR 塑料的射出產(chǎn)品具備較好的熱穩(wěn)定性、抗寒性與優(yōu)越的電氣絕緣性，燃燒時也不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)。LSR 塑料的應用領(lǐng)域極廣，舉凡健康用品、汽車、嬰兒用品、醫(yī)療用具、潛水用品、廚房用具，以及密封性應用產(chǎn)品等，LSR 塑料都是在現(xiàn)階段生產(chǎn)設計中不可取代的材料。
LSR 的成型加工制程
液態(tài)硅橡膠LSR 的成型加工只需要三個步驟：「計量混合」、「模塑成型」、「熟化定型」。液態(tài)硅橡膠LSR 具優(yōu)異的流動性，在模具中固化后具有堅固性和柔韌性，使LSR 射出產(chǎn)品可進行非常態(tài)的細部結(jié)構(gòu)與倒扣等設計，這是其它射出材料，如塑料或熱塑性彈性體等所無法做到的。LSR 通常是以射出機射出成型，其成型設備與熱塑性塑料常用的加工設備相似，但對于細部的要求卻不全然相同。
圖2：交聯(lián)決定了熱固性材料的許多特性，如強度，穩(wěn)定性和耐熱性
LSR 塑料為雙液型或雙成份組成的液態(tài)原材料，分A液成份和B 液成份，市售包裝最常使用是20 公斤（約5 加侖）提桶或200 公斤（約55 加侖）圓桶包裝。
展開 Moldex3D模流分析之材料與成型條件
新增材料(Add Material)
返回 主頁簽 中，單擊 材料 以展開 材料樹狀表。 接著從預填料項目的下拉式選單中，單擊 材料精靈，以啟動Moldex3D材料數(shù)據(jù)庫。
在材料精靈中，右鍵單擊 目標材料 (SMC > CAE > CAE-SMC-1)，然后選擇 加入項目 并確認選擇。 用戶可以在指定之前和之后查看材料信息（對于 將材料也加入到自定義數(shù)據(jù)庫嗎？，此答案不會影響本教程）。 接著關(guān)閉材料精靈，使用者可以在材料樹狀表中看到匯入到此組別的材料檔。
設定成型條件(Set Process Condition)
指定成型條件參數(shù)，請雙擊 主頁簽 中的 成型條件 以 啟動 加工精靈，并提供預設設定供修改。 在第一頁的項目設定頁簽中，其描述了模擬方法和成型場景，使用者可以看到材料和網(wǎng)格模型信息。將所有設定保留為默認值，然后單擊 下一步，以設定壓縮成型的成型條件。
在 壓縮 頁簽 中，如下表所示來設定參數(shù)，并將其余設定保留為默認值。
*：該值是在前處理期間從壓縮區(qū)模型中讀取的
在 冷卻設定 頁簽中，將所有冷卻設定保留為默認值。 單擊 下一步 進行確認，然后切換到 項目摘要 頁簽，以概覽 加工精靈 中設定的所有重要參數(shù)。 單擊 存盤 并確認（是）以保存具有當前設定的加工檔案。
回到 主頁簽，單擊 分析順序 并從下拉式選單中選擇分析序列 (Injection Analysis –F/P W)。 接著檢查項目樹狀表中的設定。計算參數(shù)將保留為預設設定，現(xiàn)在所有必要的設定都完成了，點擊 開始分析 將當前的分析工作提交給求解器。Studio將啟動Moldex3D 計算管理員 來組織所有當前提交的工作，然后點擊每個分析項目以打開分析日志并查看當前求解器的進度。
展開 塑性材料成型的UG
請問各位高手,在UG里建立擠出成型設備的模,然后再利用它仿真分析利用該模具擠出塑性材料?謝謝!
