Strona główna3DEXPERIENCECrash test w kilkanaście minut? Poznaj moc obliczeniową solvera ABAQUS na platformie cyfrowej 3DEXPERIENCE (analiza “explicit”)

Crash test w kilkanaście minut? Poznaj moc obliczeniową solvera ABAQUS na platformie cyfrowej 3DEXPERIENCE (analiza “explicit”)

Crash test w kilkanaście minut? Poznaj moc obliczeniową solvera ABAQUS na platformie cyfrowej 3DEXPERIENCE (analiza “explicit”)

Rozwiązanie dla najbardziej wymagających

Platforma 3DEXPERIENCE jest środowiskiem chmurowym pozwalającym scalić proces rozwoju produktu – od projektu, poprzez produkcję aż po dostawę. Jest to możliwe dzięki ergonomicznemu i całościowemu połączeniu najlepszych funkcjonalności systemów CAD/CAM/CAE/PLM w ramach jednego oprogramowania. Czas to pieniądz! Role analityczne SIMULIAWorks pozwalają na przeprowadzanie symulacji obrazujących najbardziej skomplikowaną fizykę w błyskawicznym tempie dzięki wykorzystaniu zasobów chmurowych pozwalających na obliczenia nawet na 256 rdzeniach!

Stary kompakt a szansa na przeżycie

Celem przedstawienia siły wiodącego na rynku solvera obliczeniowego Abaqus pod rozwagę zostanie poddana struktura samochodu starszej daty w drodze crash testu przy dwóch prędkościach: 10m/s (36 km/h) oraz 15 m/s (54 km/h). W modelu zastosowano siatkę skorupową i bryłową wraz z odpowiednimi połączeniami oraz nieliniowy materiał odpowiadający pracy przykładowej stali. Testową ścianę na którą docelowo ma być skierowana struktura zamodelowano jako doskonale sztywną. Podłoże po którym porusza się obiekt dla uproszczenia obliczeń pominięto.

Siatka elementów skończonych została utworzona wcześniej, toteż do badania zostanie zaimportowana w sposób bezpośredni. Uruchomiwszy platformę możemy to zrobić wykorzystując funkcję „Import” dostępną w prawym górnym rogu ekranu. Odpowiednie elementy zostały pogrupowane na poszczególne komponenty. Zabieg ten ma na celu ułatwienie definiowania grubości poszczególnych części struktury auta.

3DEXPERIENCE - ABAQUS model dyskretny rozpatrywanego batchbacka
 

Rys. 1 Model dyskretny rozpatrywanego hatchbacka

Do utworzenia modelu materiałowego posłuży nam aplikacja „Material Definition” dostępna w ramach roli analitycznych. W założeniu chcemy sprząc zachowanie sprężyste oraz plastyczne materiału. Zaznaczywszy okienka przy interesujących nas właściwościach otworzą się okna dialogowe umożliwiające wpisanie odpowiednich danych materiałowych. W niniejszym przykładzie zdefiniowano dodatkowo tłumienie.

3DEXPERIENCE - okno dialogowe w aplikacji material definition
 

Rys. 2 Okno dialogowe w aplikacji Material Definition

3DEXPERIENCE - group manager pozwalający na efektywne zarządzanie grupami elementami skończonych
 

Rys. 3 Group Manager pozwalający na efektywne zarządzanie grupami elementów skończonych

Mając w posiadaniu definicję grup po danym komponencie przypisanie grubości oraz właściwości do siatek płytowo-powłokowej i bryłowej zajmuje jedynie chwilę! Łatwą weryfikację wprowadzonych danych umożliwia też FeatureManager dostępny pod prawym przyciskiem myszy. To właśnie tutaj pojawiają się m.in. konsekwentnie wprowadzane przez użytkownika zmiany, zaimplementowane połączenia czy umocowania. Znajdziemy tam też informacje o przyłożonych obciążeniach i siatce.

Skoro już zostały wspomniane połączenia – role analityczne na platformie cyfrowej 3DEXPERIENCE dają do dyspozycji użytkownika szeroki wachlarz narzędzi pozwalających na redukcję rozmiaru siatki dyskretyzacyjnej (a więc i czasu symulacji) nie tracąc przy tym na dokładności obliczeń. W rozważanym modelu istnieją przerwy między błotnikami oraz przednią częścią auta. Obszary te zostaną urzeczywistnione poprzez dodanie dwóch elementów belkowych modelowanych jako doskonale sztywne. Prócz tego w licznych miejscach zostaną wprowadzone spawy w postaci konektorów punktowych. Obie operacje należy traktować jako uproszczenia inżynierskie wynikające z chęci pomniejszenia modelu oraz skrócenia czasu obliczeń.

3DEXPERIENCE - crash test auto
 

Rys. 4 Żółtymi punktami zostały oznaczone punktowe spawy. Dwa elementy pomarańczowe widoczne w lewym dolnym rogu odpowiadają wprowadzeniu elementów belkowych nieskończenie sztywnych

Ma tym etapie model dyskretny jest już prawie gotowy. Ponieważ w analizie explicit, która ma powstać w następnym korku, symulowane jest zderzenie, należy uprzednio utworzyć ścianę w którą „wjedzie” nasze auto. Można to zrobić za pomocą kilku kliknięć myszy przechodząc z aplikacji poświęconej budowie siatki, do aplikacji pozwalającej na przygotowanie modelu. Wybierając płaszczyznę szkicu, kreśląc linię a następnie wyciągając powierzchnię otrzymamy bazę pod siatkę powłokową, która to z kolei będzie modelowana jako nieskończenie sztywna. Aby przypisać jej wspomnianą właściwość należy z zakładki „Abstractions” wybrać polecenie „Rigid body”. Wielkość elementów w tym przypadku nie ma znaczenia dla przebiegu symulacji.

3DEXPERIENCE - model dyskretny struktury auta
 

Rys. 5 Model dyskretny struktury auta oraz ściany. Czerwonym prostokątem zaznaczono panel pozwalający na sprawną zmianę aplikacji

Aby przypisać umocowania oraz działające na model obciążenia należy przejść do aplikacji umożliwiającej utworzenie scenariusza. Ponieważ narzędzia analityczne na platformie cyfrowej 3DEXPERIENCE są w pełni skalowalne, dana jednostka projektująca ma możliwość doboru rozwiązania pod swoje indywidualne potrzeby. Zagadnienia z zakresu złożonej dynamiki nieliniowej zwykło przeprowadzać się z wykorzystaniem analiz explicit. Są to zaawansowane numerycznie analizy bazujące (mówiąc w uproszczeniu) na ekstrapolacji celem obliczenia stanu układu w danym kroku czasowym. Mimo, że ten typ analizy jest z natury warunkowo zbieżny, dzięki intuicyjnym narzędziom kontroli kroku czasowego oraz samej metody obliczeniowej inżynier analityk ma dokładny wgląd w proces konwergencji. W ramach omawianej symulacji poczyniono dwa badania: zderzenia z prędkością 36 km/h z czasem analizy 0.02s oraz zderzenia z prędkością 54 km/h z czasem analizy 0.01s. Niezwykle precyzyjna definicja kontaktów zaimplementowana w solverze obliczeniowym umożliwia przypisanie właściwości interakcji między komponentami z jednego okna dialogowego. W tym przypadku zdefiniowano tarcie ze współczynnikiem 0.2.

3DEXPERIENCE - ustawienie jednego z badań dynamicznych
 

Rys. 6 Ustawienia jednego z badań dynamicznych (w drugim jedyną różnicą jest wartość prędkości

Poddając analizie animację ruchu stwierdzić możemy zajście uplastycznienia oraz pojawienie się miejsc potencjalnych pęknięć wynikających z wytrzymałości doraźnej. Na szczególną uwagę zasługuje charakterystyczny załom słupków A w badaniu o większej wartości prędkości początkowej. Jest to domena znacznej części starszych samochodów znajdująca potwierdzenie w przeprowadzonych i udokumentowanych na filmach testach zderzeniowych. Przedstawione wizualizacje fizyki stojącej za fenomenem zderzenia dobitnie pokazują konieczność stosowania w branży motoryzacyjnej trójpunktowych pasów bezpieczeństwa.

3DEXPERIENCE - ustawienie jednego z badań dynamicznych
 

Rys. 7 Analiza explicit zderzenia przy 10m/s. Ze względu na niezamodelowane podłoże tył auta odskakuje w dół
 

3DEXPERIENCE - ustawienie jednego z badań dynamicznych
 

Rys. 8 Analiza explicit zderzenia przy 15m/s

Podziel się:

Inżynier na kierunku lotnictwo, pasjonat nauki o wytrzymałości materiałów, entuzjasta symulacji MES (FEM) o szczególnym zainteresowaniu w dziedzinie konstrukcji cienkościennych i kompozytów. Miłośnik offroadu, zagranicznych podróży i kuchni amerykańskiej.