ABAQUS软件分析指南344：顺序耦合注射成型与应力分析

顺序耦合注射成型与应力分析

产品：Abaqus/Standard

概述

顺序耦合注塑到应力分析：

l当复合材料用短切纤维增强时使用，纤维取向有助于后续应力分析中的材料响应

l当注塑成型过程中发生的塑料部件中的残余温度和应力有助于部件受到服务载荷的机械响应时使用。

顺序耦合到应力分析的注塑成型通常将以下结果从注塑成型分析转移到应力分析:

l光纤色散表征为二阶取向张量。

l残余温度。

l残余应力。

来自第三方注塑成型软件的结果文件必须转换为输出数据库(sim)文件，然后Abaqus/Standard才能将结果读取为预定义字段。

参考资料：

l分析程序4

l连续体元素

l分布定义币

l初始条件

注塑成型简介

注射成型是一种通过将熔融材料注射到模具中来生产零件的制造工艺。注塑成型可以用许多类型的材料，最常见的是热塑性聚合物。这种材料有时与短切纤维混合，在高压下注入模具型腔，在那里冷却硬化成所需的形状。

注塑成型工艺有许多设计考虑因素和可能性。对于纤维增强塑料(FRP)，材料注入模具的浇口位置决定了纤维在模塑件中的排列方式。在随后的应力分析中，使用适当的载荷和边界条件，您可以研究纤维方向如何影响材料的强度。成型机的设计也会导致成型件从模腔中取出时，在成型件中产生不同的残余温度和残余应力。需要特别考虑，以尽量减少由于制造过程中的残余应力造成的部件翘曲。翘曲分析也可以在后续的应力分析中执行。

在后续应力分析中保存纤维取向、温度和应力以用于预定义的场

保存在输出数据库(.sim)文件中的注塑结果可以作为预定义字段读入后续的应力分析。光纤色散结果存储为二阶取向张量。如果均质化在随后的分析中使用复合材料属性，如果属性不是各向同性的，则必须存储材料取向(通常是取向张量的主方向)，并将其作为分布读入第二次分析。

应力和温度也需要存储在输出数据库(.sim)中，如果它们被读取为预定义的条件。纤维取向，温度和应力可以存储在节点，材料点，或元素的质心。当读取为预定义的字段映射是自动执行，如果他们被读取在不同的位置或从不同的网格。

将纤维取向转换为分布

纤维的取向可以显着地影响到注塑件的力学响应。如果复合材料是在宏观层面上与均匀化的属性建模，纤维的方向被读取到随后的应力分析材料的方向。如果复合材料使用多尺度材料建模(请参见多尺度材料建模)，则纤维取向张量结果将作为材料定义的一部分读入应力分析。均匀化，然后在应力分析过程中使用的方向张量的结果。

将温度转换为预定义条件

温度作为一个预先定义的字段读入应力分析。温度场通常被定义为初始条件。这样的预定义字段总是在节点处读入Abaqus/standard。如果温度存储在不同的网格或在不同的位置，如材料点或元素质心，映射是自动执行。弹性模量和热膨胀系数等材料特性可以定义为取决于温度。

将应力传递为预定义的条件

应力作为预先定义的字段读入应力分析。应力场通常被定义为初始条件。这些预定义字段总是在材料点读入Abaqus/standard。如果应力存储在一个不同的网格或在不同的位置，如节点或元素形心，映射是自动执行。与忽略残余应力时相比，残余应力对模具零件在使用载荷作用下的响应不同。

初始条件

分析程序中讨论了Abaqus/Standard程序的适当初始条件。您还可以从先前的注塑分析中读取应力和温度，以初始化预定义字段。当在不同的位置或从不同的网格读取数据时，自动执行映射。有关详细信息，请参阅初始条件。

边界条件

分析程序中讨论了Abaqus/Standard程序的适当边界条件。关详细信息，请参边界条件。

负载

分析程序中讨论了Abaqus/Standard程序的适当载荷。有关详细信息，请参关于负载。

预定义字段

有关预定义温度和字段的其他详细信息，请参阅预定义字段。材料选项

有关Abaqus/Standard中可用的材料模型的详细信息，请参Abaqus材料指南。

原理

只有存储在三维连续元素中的结果才能被读取为预定义的字段。存储在三维连续体元件中的注塑结果只能读取到三维连续体元件中。Abaqus/Standard中可用的连续元素在连续元素中进行了讨论。

输出

Abaqus/Standard的适当输出变量在Abaqus材料指南中进行了描述。所有输出变量都在Abaqus/标准输出变量标识符中列出。

输入文件模板

下面的模板显示了将注塑结果导入到本地系统时工作流程的输入(本例中的复合材料是线性弹性的)：

*HEADING

…

*ELEMENT, TYPE=C3D8, ELSET=EALL

Choose the three-dimensional continuum element type supported for a multiscale material

…

*DISTRIBUTION TABLE, NAME=orient_table

COORD3D, COORD3D

*DISTRIBUTION, LOCATION=ELEMENT, TABLE=orient_table, NAME=distori

*EXTERNAL FIELD, FILE=plastic.sim

Read in material orientation results from the output database file plastic.sim

*ORIENTATION, NAME=ORI, TYPE=RECTANGULAR

distori,

3, 0

*SOLID SECTION, ELSET=EALL, ORIENTATION=ORI, MATERIAL=COMPOSITE

Define a solid section using the orientation distribution from the previous analysis

The axes of the local system are the principal directions of the orientation tensor

computed by the injection molding simulation

…

*DISTRIBUTION TABLE, NAME=oritens_table

ORITENS

*DISTRIBUTION, LOCATION=ELEMENT, TABLE=oritens_table, NAME=distoritens

*EXTERNAL FIELD, FILE=plastic.sim

Read in fiber orientation tensor results from the output database file plastic.sim

…

*MATERIAL, NAME=COMPOSITE

Define a multiscale composite material

*MEAN FIELD HOMOGENIZATION

*CONSTITUENT, TYPE=MATRIX

…

*CONSTITUENT, TYPE=INCLUSION

0.3, 20.0, distoritens

Define geometric attributes of the fiber including volume fraction, aspect ratio,

and fiber orientation tensor distribution

…

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=TEMPERATURE

*EXTERNAL FIELD, FILE=plastic.sim

Read in temperature results from the output database file plastic.sim

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=STRESS

*EXTERNAL FIELD, FILE=plastic.sim

Read in stress results from the output database file plastic.sim

…

*STEP

*STATIC

…

Apply structural loads and boundary conditions

…

*END STEP

下面的模板显示了将注塑结果导入到全局系统(复合材料是非线性的)时工作流程的输入：

*HEADING

…

*ELEMENT, TYPE=C3D8, ELSET=EALL

Choose the three-dimensional continuum element type supported for a multiscale material

…

*ORIENTATION, NAME=ORI, TYPE=RECTANGULAR

1, 0, 0, 0, 1, 0

3, 0

*SOLID SECTION, ELSET=EALL, ORIENTATION=ORI, MATERIAL=COMPOSITE

Define a solid section using the composite material and a global coordinate system

…

*DISTRIBUTION TABLE, NAME=oritens_table

ORITENS

*DISTRIBUTION, LOCATION=ELEMENT, TABLE=oritens_table, NAME=distoritens

*EXTERNAL FIELD, FILE=plastic.sim

Read in fiber orientation tensor results from the output database file plastic.sim

…

*MATERIAL, NAME=COMPOSITE

*MEAN FIELD HOMOGENIZATION

*CONSTITUENT, TYPE=MATRIX

…

*CONSTITUENT, TYPE=INCLUSION

0.3, 20.0, distoritens

Define geometric attributes of the fiber including volume fraction, aspect ratio,

and fiber orientation tensor distribution

…

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=TEMPERATURE

*EXTERNAL FIELD, FILE=plastic.sim

Read in temperature results from the output database file plastic.sim

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=STRESS

*EXTERNAL FIELD, FILE=plastic.sim

Read in stress results from the output database file plastic.sim

…

*STEP

*STATIC

…

Apply structural loads and boundary conditions

…

*END STEP

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