Моделирование сжатия пенопалста (вспененного полипропилена ВПП)

[Goodcar 1]

Добрый день, коллеги! Прошу Вашей помощи..

Цель: смоделировать сжатие блока 50х50х50 мм плитой с постоянной скоростью (имитация испытания на сжатие блока на машине для сжатия).

Материал блока: ВПП (вспененный полипропилен), либо ВПС (вспененный полистирол), в данном случае это не очень важно, и то и то можно назвать пенопластом  (MAT 83 FU CHANG FOAM).

Материал плиты: сталь (MAT 20 RIGID).

Скорость опускания плиты: 1) 10 мм/ мин (0,16 мм/с), 2) 100 мм/мин (1,6 мм/с) 3) 1000 мм/мин (16 мм/с). Скорость задана с помощью Prescribed Motion Rigid.

Анализ: использовал и implicit и explicit анализ.

К сожалению, я попал в тупик, помогите разобраться в следующих вопросах:

1) Поскольку свойства материала ВПП и ВПС зависят от скорости деформации, то его принято моделировать материалом MAT 83 FU CHANG FOAM (на основе литературных источников), который позволяет использовать таблицу со значениями скоростей и соответствующими полученными кривыми для каждой скорости. Экспериментально были получены 3 кривые напряжение - сжатие (stress - strain) при трёх скоростях  1) 10 мм/ мин (0,16 мм/с), 2) 100 мм/мин (1,6 мм/с) 3) 1000 мм/мин (16 мм/с). Основной вопрос, в каких единицах указывать скорость деформации в DEFINE TABLE? Я работаю в системе единиц измерения с, Н, МПа, т, мм, то есть скорость указывать в мм/с (т.е. 0,16 - кривая 1, 1,6 - кривая 2, 16 - кривая 3? Или указывать в с-1 (0,0033-кривая 1, 0,033 - кривая 2, 0,33 - кривая 3?  Правильно ли я считаю скорость деформации по формуле (L-Lнач)/(Lнач*t исп)?

2)Правильно ли я понимаю, что в подобных материалах MAT 83 если скорость будет больше указанной максимальной кривой или меньше указанной минимальной кривой, то в расчёте будет использоваться либо сама верхняя, либо самая нижняя кривая соответственно, а все значения скорости, которые будут между макс. и мин. скоростями будут интерполироваться?

3) Что если мне необходимо будет смоделировать потом с этим материалом столкновение с большей скоростью, скажем 2000 мм/с, то программа будет использовать максимальную кривую напряжения сжатия, а это всего 16 мм/ с в моём случае.. Будет ли это корректно? Или необходимы кривые для интересующих меня скоростей? Тогда как их физически определяют в экспериментах? Из литературных данных известно, что данные материалы показывают рост графика напряжение сжатие до скорости 80-90 с-1, а далее не изменяются.

4) В случае явного анализа (Explicit) при указании в таблице трёх кривых и соответствующих скоростей в с -1 (0,0033 с-1-кривая 1, 0,033 с-1 - кривая 2, 0,33 с-1- кривая 3), используя разные скорости опускания плиты во-первых не наблюдается интерполяции между кривыми (значения напряжения по результатам расчёта на какой-либо конкретной кривой лежат), во-вторых переход между кривыми осуществляется не пре тех скоростях, которые указаны в таблице (пример: в таблице указано 0,0033 с-1 (соотв. 0,16 мм/с) - кривая 1, 0,033с-1 (соотв. 1,6 мм/с) - кривая 2. При скорости опускания плиты 0,10 мм/с и ниже расчёт напряжение происходит по кривой напряжения для скорости 0,0033 с-1 (0,16 мм/с), а при скорости выше 0,10 мм/с расчёт напряжения от деформации проводится по второй кривой.. Почему переход именно на скорости 0,1 мм/с, а не на 0,16 мм/с?)

В случае неявного динамического анализа (Implicit) при всех тех же значениях скоростей и кривых, как и для явного анализа, перехода между кривыми в результатах расчёта напряжения не происходит, напряжение всегда показывается по самой нижней кривой.. Неявный динамический анализ не умеет работать с материалами, зависящими от скорости или это я где-то что-то не указываю?

Заранее благодарю всех откликнувшихся.. Надеюсь ответы на данные вопросы помогут не только мне, но и многим другим пользователям, столкнувшимся с такими же проблемами.

 

[AlexKaz 1 821]

1) 1/с если нет никаких примечаний в Хэлпе к материалу.

инженерная скорость деформирования не равно истинная скорость деформирования.

деформации - безразмерная величина.

2) есть прямое пояснение от разрабов в статье на dynalook про mat83 - да.

3) следуйте известным опытным данным. если пишут что есть предел 80-90 - Вы вправе сослаться на эти источники или другие источники более углублённые. естественно, пока для вашего материала нет ваших же экспериментальных достоверных и перепроверенных данных,  все гипотезы - это только гипотезы, и моделирование - не истина в первой инстанции и не панацея.

4) не путайте скорость деформирования конечного элемента как некую характеристику поля НДС и скорость движения штампа/прижима. также внимательно смотрите на НДС и тип - инженерные или истинные данные. В таблицы и в материалы забивают истинные кривые сигма-эпсилон (если в Хэлпе для материала не оговорено иное).

 

Неявный решатель имеет десятки настроек (и есть целая ватага неявных решателей), в т.ч. позволяет учитывать скорости. Смотрите настройки.

Изменено 12 июля 2022 пользователем AlexKaz

[Goodcar 1]

Большое спасибо за Ваши рекомендации! Буду пробовать..

[Goodcar 1]

AlexKaz, спасибо, в общем всё получилось, кроме того, что я по прежнему не могу разобраться с пунктом 4. То есть при квазистатическом испытании на сжатие при постоянной скорости 0,16 мм/с и указании графика истинных напряжений - деформаций (график получен экспериментально на установке) я получаю значения напряжение по результату моделирования отличные от значений, которые я получил экспериментально на машине для сжатия при той же скорости, хотя кривую я задал именно ту же самую при той же скорости. Однако, поскольку при указании кривой я использовал безразмерную величину скорости деформации, характерную для данной скорости, а именно 0,0033 с-1, означает ли это, что я мог ошибиться в расчёте значения 0,0033 с-1 и поэтому происходит смещение значений? Грубо говоря скорость деформации 0.0031 с-1 не соответствует скорости сжатия 0,16 мм/с ?

[AlexKaz 1 821]

29 минут назад, Goodcar сказал:

я получаю значения напряжение по результату моделирования отличные от значений, которые я получил экспериментально на машине для сжатия при той же скорости

Какой процент отличия? Опций у материала довольно много. Думаю, дело в их корректной настройке, гладкости кривых, совпадению размерностей в кривых с размерностями в модели и т.п. Как вижу, можно даже интерполировать кривые самостоятельно и оставить только ряд констант. Думаю, вряд ли кроме общих рекомендаций что-то ещё можно посоветовать. В конце-концев, есть и другие материалы в библиотеке.

1 час назад, Goodcar сказал:

Однако, поскольку при указании кривой я использовал безразмерную величину скорости деформации, характерную для данной скорости, а именно 0,0033 с-1, означает ли это, что я мог ошибиться в расчёте значения 0,0033 с-1 и поэтому происходит смещение значений? Грубо говоря скорость деформации 0.0031 с-1 не соответствует скорости сжатия 0,16 мм/с ?

Эм, возможно я затупил. Значения e/dt вроде те самые, что в первом посте: 0.0032/с, 0.032/с, 0.32/с. А вот значения de/dt будут другими.

[AlexKaz 1 821]

17 часов назад, Goodcar сказал:

Правильно ли я считаю скорость деформации по формуле (L-Lнач)/(Lнач*t исп)?

Нет. Мой косяк что пропустил формулу. https://mash-xxl.info/page/241120010095106191222081001160135220114091020008/

Изменено 13 июля 2022 пользователем AlexKaz

[Goodcar 1]

Да, всё верно, в целом так и получается... в формуле (L-Lнач)/(Lнач*t исп),  (L-Lнач)/t исп это есть скорость движения плиты, после чего мы по сути эту скорость делим на начальную высоту 50 мм и получаем те самые 0,0032 с-1 при скорости опускания плиты равной 0,16 мм/с. Или я ошибаюсь?

[AlexKaz 1 821]

Есть различие с V/(L-Lнач)?

V здесь константа, Lнач константа. Осталось подставить L.

[AlexKaz 1 821]

3 часа назад, AlexKaz сказал:

V/(L-Lнач)

Ну или V/(H0 - abs(L-Lнач)) и т.п., где H0 = 50 мм

[Fedor 1 597]

Один мой знакомый лет 35 назад по моей программе рассчитывал резиновые амортизаторы для станков. И сравнивал с экспериментами.  Так рассказал, что сначала эксперимент давал большую податливость , а потом все шло параллельно расчетам, то есть хорошо совпадало. Хотел он даже какую-то теорию придумать о нелинейном поведении резины, но не сходилось с чистыми экспериментами на резине. Тогда он взял ножовку зажал амортизатор в тиски и распилил пополам. Там были две железки соединенные через резину. Оказалось, что при изготовлении у металла образовывались воздушные пузырьки в резине и пока давление было небольшое, то сжимался воздух в пузырьках, а при достижении определенного давления в них начинала деформироваться уже резина и , конечно , уже по теории упругости :) 

Изменено 13 июля 2022 пользователем Fedor

[Goodcar 1]

10 часов назад, Fedor сказал:

Один мой знакомый лет 35 назад по моей программе рассчитывал резиновые амортизаторы для станков. И сравнивал с экспериментами.  Так рассказал, что сначала эксперимент давал большую податливость , а потом все шло параллельно расчетам, то есть хорошо совпадало. Хотел он даже какую-то теорию придумать о нелинейном поведении резины, но не сходилось с чистыми экспериментами на резине. Тогда он взял ножовку зажал амортизатор в тиски и распилил пополам. Там были две железки соединенные через резину. Оказалось, что при изготовлении у металла образовывались воздушные пузырьки в резине и пока давление было небольшое, то сжимался воздух в пузырьках, а при достижении определенного давления в них начинала деформироваться уже резина и , конечно , уже по теории упругости :)

Спасибо за интересный рассказ) бывает и такое..

[Goodcar 1]

Коллеги, а подскажите, можно ли из Dyna вытащить значения скорости деформации в результатах?

[AlexKaz 1 821]

[Goodcar 1]

1 час назад, AlexKaz сказал:

Всё перед глазами.. ) Очень выручили! Спасибо!

[Goodcar 1]

Коллеги, большое спасибо за помощь. Фактически со всем разобрался и получилось, то чего я хотел за одним исключением. В динамическом implict анализе всё прекрасно работает и по результатам график скорости деформации во времени выглядит идеально и сходится с расчётным на всём интервале испытания (сжатия). Но при явном моделировании того же процесса, график зависимости скорости деформации от времени выглядит довольно странно и после определённой деформации начинает очень сильно "скакать", что сказывается соответственно и на результатах определения напряжений (поскольку заложены несколько кривых для разных скоростей). Пробовал менять контакт и делать без контакта, прикладывая скорость к верхним узлам кубика, эффект тот же. Очевидно происходит какая-то ошибка при расчёте. Элементы использую тетры. Может быть подскажете в каком направлении можно двигаться, чтобы устранить такие колебания скорости деформации?