Abaqus塑料瓶模拟：抗挤压能力测试

概述

本文将介绍如何进行矿泉水瓶的抗顶压及挤压分析。进行顶部载荷分析对于确定瓶子的垂直刚度是很重要的，这个顶部负载能力对于决定垂直堆叠能力也很重要。
 

水瓶的状态可能是装水的，也可能是空的，可能带封盖也可能不带封盖(增加压力)。在这个例子中，我们设置了一个没有液体，没有盖的挤压负荷。(因此没有内部压力)

压溃载荷超出了顶部载荷模拟的范围，并继续进行加载。通常，顶部荷载分析得到力与位移的关系图，当力开始下降时，分析就停止了。而对于压溃载荷，我们可以继续分析，观察瓶子是如何折叠或屈曲。

我们怎么进行这个分析？

1. 从三维几何开始

和我们大多数的模拟一样，我们从CAD模型开始。瓶子是固体的，壁厚很薄，为了精确和快速的分析，最好采用壳网格。

因此，我们从实体模型中抽取了一个中间面，并由此建立了一个壳模型。通过接口，将SOLIDWORKS曲面模型导入ABAQUS CAE。在检查了几何的质量后，我们发现有些面是不必要的，而另一些面则应该包括在内。通过使用网格模块中的虚拟拓扑，我们可以将面组合起来，删除不必要的面。

2. 网格划分过程

当我们直接划分网格时，我们看到了一些元素的高宽比很差。为了生成更高质量的网格，我们决定对模型进行切分。

当然，这在ABAQUS中也是可能的，也可以是在SOLIDWORKS中切分，然后更新模型，模型现在看起来像这样。

3.指定材料

为了继续我们的旅程，我们需要正确的材料参数。在这种情况下，我们从塑料的供应商得到了材料的应力-应变数据，创建了一个壁厚为0.6毫米的均质壳体模型，并将该截面应用到瓶子上。

4.创建装配体

这里，我们需要把各part实例化，并移动位置。

5.创建分析步

在分析步定义时，创建General Static分析步，并打开NLGEO几何非线性。

6.定义相互作用

在相互作用模块中，我们需要定义接触。由于屈曲行为，可能会发生自接触，所以在这种情况下，我们选择了通用接触，定义摩擦系数为0.2。

7.载荷与边界条件

对于下表面，我们应用了一个完全固定的边界条件；对于上表面，我们施加50 mm的垂直向下的强制位移。

8.分析与结果

不幸运的是，第一次分析没有完成就因不收敛而中断了。但我们仍然可以展示最后的结果，并检查为什么它没有收敛。第一次分析的结果是这样的，见下图。

9.切换到Explicit求解

一般来说，使用ABAQUS显式是一种非常方便的方法，可以解决隐式求解收敛困难的分析模型。因此，我们改变了分析步，将单元类型也转换为显式，并再次运行分析。由于后屈曲行为，我们看到了一个屈曲模式-互换的区域，在颈部的瓶子正在发生。

这些典型的模式交换非常动态，因此应该使用显式求解器进行计算。为了获得压溃载荷分析，唯一需要做的就是增加强制位移，并缩短分析步时长，因为这是一个典型的高速事件。

10.挤压分析

在挤压载荷分析中，我们基本上采取了与以上显式分析相同的步骤，但我们增加了代表手指挤压的柱面，并在其上施加强制位移。最后，我们将提取力与位移的曲线，见下文的结果。

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