آنالیز کوپل اویلری – لاگرانژی (CEL) در آباکوس

اگر مجموعه مطالب آموزشی نرم‌افزار آباکوس را دنبال کرده باشید با روش حل اویلری و آنالیز لاگرانژی، کاربردها و محدودیت‌های هر یک آشنا شده‌اید. در این میان طیفی از مسائل وجود دارد که محدود به یک روش حل نبوده و هر دو شیوه در کنار یکدیگر می‌تواند منجر به حل مسئله و رسیدن به پاسخ‌های دقیق شود. قابلیت آنالیز کوپل اویلری – لاگرانژی (Coupled Eulerian Lagrangian یا به اختصار CEL) در آباکوس، ابزاری کارآمد در حل این دسته از مسائل به شمار می‌رود. قصد داریم تا با یک مثال پرکاربرد و زیبا شما همراهان گرامی را با تحلیل CEL در آباکوس آشنا کنیم. با ما در آموزش آباکوس همراه باشید.

صورت مسئله آنالیز کوپل اویلری – لاگرانژی (CEL) در آباکوس

در مجموعه مثال‌های کاربردی نرم‌افزار آباکوس، با مد‌سازی انواع شیوه‌های شکل‌دهی آشنا شده‌اید (شبیه‌سازی نورد در آباکوس، تحلیل فرآیند فورج در Abaqus، آنالیز کشش عمیق در آباکوس). در این بین، مباحث طراحی قالب و شکل‌دهی در این حوزه را باید جزو محبوب‌ترین مسائل صنعتی به شمار آورد. از این‌رو تصمیم گرفتیم تا در این مثال، شما را با تحلیل کوپل اویلری- لاگرانژی در فرآیند شکل‌دهی یک بطری پلیمری از طریق قالب توسط نرم‌افزار Abaqus آشنا کنیم. با توجه به پیچیدگی هندسه و جلوگیری از اتلاف وقت در روند مدل‌سازی، فایل Sat این مثال در اختیار شما عزیزان قرار می‌گیرد. خواهشمندیم روند حل مسئله را با دانلود این فایل آغاز نمایید.

• ◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک
• ◄ اطلاعات بیشتر: Simuleon.com ، www.3ds.com
• ◄ تذکر: دانلود فایل Sat پروژه تحلیل کوپل اویلری – لاگرانژی (CEL) در آباکوس (فایل مدل هندسی) از لینک زیر:

دانلود فایل‌ Sat تمرین

حل مسئله تحلیل کوپل اویلری – لاگرانژی (CEL) در ABAQUS

فایل Sat حاوی مدل هندسی قطعات مورد نظر را دانلود کرده و در محیط آباکوس از مسیر File → Import → Part به فراخوانی آن بپردازید.

بخش‌های با رنگ سبز، آبی، سفید و قرمز در تصویر فوق به ترتیب بیانگر ناحیه اویلری، قالب داخلی و خارجی و پلیمر مورد‌نظر جهت شکل‌دهی در ابتدای مسئله است. در نمودار درختی بر روی Eulerian کلیک راست کرده و پس از انتخاب گزینه Edit، عنوان Eulerian را بعنوان نوع قطعه برگزینید.

فرآیند مدل‌سازی CEL را با تعریف دو ماده متفاوت (فولاد جهت ماده قالب و پلیمر جهت بدنه بطری) در ماژول Property ادامه دهید. از آنجایی که قالب شکل‌دهی صلب در نظر گرفته می‌شود، خواص مکانیکی مدول یانگ و نسبت پواسون مورد‌استفاده در فولاد، کوچکترین تأثیری بر حل واقعی مسئله نخواهد داشت اما با توجه به ماهیت Explicit حل مسئله چگالی اختصاص‌یافته در این بخش مستقیما بر روی هزینه محاسباتی تأثیرگذار است. با توجه به ابعاد مورداستفاده در مدل هندسی (سیستم Imperial) مدول یانگ بر حسب واحد lbf/in² و چگالی بر حسب lbf*(s²)/in⁴ لحاظ خواهد شد.

در ادامه، سطح مقطعی از نوع Solid, Homogeneous با نام Steel و با استفاده از فولاد تعریف شده در بخش قبل ایجاد نمایید و آنرا به قالب‌های داخلی و خارجی اختصاص دهید. روند فوق را با ایجاد سطح مقطعی از نوع Eulerian با پلیمر برای قطعه اویلری تکرار نمایید. توجه داشته باشید که قطعه Initial نیاز به اختصاص سطح مقطع ندارد و نقش آن تنها در تعریف شرایط اولیه مدل‌سازی خواهد بود.

با انجام گام‌های فوق، به محیط Assembly وارد شده و به کمک تصویر زیر به مونتاژ قطعات در موقعیت مناسب اقدام کنید. چنانچه از فایل Sat مسئله استفاده کرده‌اید، نیازی به ایجاد تغییرات در مکان هندسی قطعات وجود ندارد.

در قدم بعد، به ماژول Step وارد شده و حلگری از نوع Dynamic Explicit با بازه زمانی 2 ثانیه ایجاد نمایید. با توجه به وجود تغییر شکل‌های بزرگ در پروسه شکل‌دهی بطری، از فعال بودن گزینه Nlgeom اطمینان حاصل نمایید. همچنین در قسمت Field Output عدد ورودی در بخش Interval را 50 وارد کرده و پارامتر EVF که بیانگر درصد حجمی اویلری است را بعنوان یک پارامتر خروجی فعال نمایید.

سپس به محیط Mesh رفته و به کمک المان‌های Hexahedral با بزرگی 0.075 و تکنیک Sweep (تکنیک‌های مش‌زنی در Abaqus) به ایجاد شبکه اجزای محدود بر روی هر دو قالب داخلی و خارجی بپردازید. این روند را با المان‌های مشابه و با اندازه 0.03 برای قطعه اویلری نیز تکرار نمایید.

حال، به ماژول Interaction وارد شده و رفتار تماسی از نوع General Contact را برای تحلیل انتخاب کنید (تعریف تماس بین اجسام در آباکوس توسط General Contact). در خصوص خواص موردنظر در این رفتار تماسی نیز می‌توانید از تصویر زیر کمک بگیرید.

سپس به کمک مسیر Tool → Reference Point از منوی اصلی نسبت به ایجاد نقاط مرجع برای قطعات صلب اقدام نمایید. در ادامه نیز، به کمک ابزار نشان داده شده، به ایجاد قید حالت صلب (Rigid Body) برای این دو نقطه بپردازید.

در آنالیز اویلری اشاره کردیم که الزاما تمام حجم جسم با ماده پر نشده و بخش‌هایی از مدل هندسی را فضای خالی تشکیل می‌دهد. در ادامه، از مسیر Tools → Discrete Field → Volume Fraction Tool در منوی اصلی به تعیین مرزهای اولیه ماده بپردازید. این موضوع به آباکوس در شناخت نواحی که در آن ماده وجود دارد کمک خواهد کرد. این بخش از اصلی‌ترین ملزومات یک تحلیل CEL در آباکوس به شمار می‌رود.

در پنجره باز شده ابتدا جسم اویلری را انتخاب کرده و سپس ماده اولیه را بعنوان قطعه مرجع برگزینید.

همان‌طور که در ماژول Property نیز عنوان شد، نقش ماده اولیه، تنها در تعیین ناحیه‌ای است که در آن ماده وجود دارد، از این‌رو با اتمام روند فوق، از طریق منوی درختی به حذف قطعه Initial بپردازید. البته توصیه من به شما، استفاده از حالت Suppress برای نادیده گرفتن قطعه (و نه حذف کامل آن) در روند حل مسئله است.

در ادامه مدل‌سازی مسئله CEL در آباکوس، به ماژول Load وارد شوید و مطابق روند زیر به ایجاد شرایط مرزی و بارگذاری مورد نظر بپردازید.

• قالب‌های داخلی و خارجی : تمامی درجات آزادی RP قالب خارجی را با قید Encastre مقید نمایید. همچنین در Step 1 و با انتخاب نقطه مرجع قالب داخلی، میزان جابجایی 1.45 واحد و از نوع Ramp را در جهت 1 به آن اعمال کنید.

• ناحیه اویلری: مؤلفه v3 در سطوح عمود بر محور Z و مؤلفه v2 از سطوح عمود بر محور Y از جسم اویلری را به کمک قید Velocity محدود نمایید.

• به کمک ابزار Predefined Field در ماژول Load، به تخصیص ماده به ناحیه اویلری بپردازید. بدین‌منظور، تمامی جسم اویلری را انتخاب کرده و Discrete Field ایجاد شده در محیط Interaction را به آن اختصاص دهید.

بسیار خب! با اتمام روند مدل‌سازی فوق، می‌توانید مسئله را برای حل به ماژول Job ارسال کنید. تصاویر زیر، کانتور تنش پلیمر در فرآیند شکل‌دهی را نشان می‌دهد.

تصویر متحرک زیر، کانتور تنش پلیمر را در طی این تحلیل نشان می دهد (از جعبه‎ابزار view cut manager  در ماژول Visualization، تیک گزینه EVF_VOID را فعال کنید تا کانتور مطابق شکل زیر نمایش داده شود) .

تذکر: فایل inp پروژه تحلیل کوپل اویلری- لاگرانژی (CEL) در فرآیند شکل‌دهی بطری پلیمری از طریق قالب توسط نرم‌افزار آباکوس (Abaqus) از لینک زیر قابل دانلود است.

دانلود فایل‌inp پروژه

منبع: آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک