FEM-DEM耦合：Abaqus建模包装袋填充-切割一体化生产线

将对包装袋生产线仿真涉及到的关键技术进行讲解，以便在模型中实现间歇式颗粒填充、包装袋切割与连续运输，该数值模型基于Abaqus/Explicit搭建，对工程中包装袋生产线设备的运行参数设计与优化具有一定的指导价值。

建模过程中需要解决的关键问题是如何封口、填装和切割，以及怎样实现这三个动作的连贯、协调，首先对模型涉及的主要部件进行建模和装配：

• 塑料袋的原料为筒状可变形Shell部件，此模型中建立了切割后大致8个塑料袋的长度的筒料。
• 封口机构、切割机构、滑道均为离散刚体。
• 运输带为解析刚体，装配时需保证运输方向为其拉伸方向，实现无限运输。

模型部件与装配效果

封口

在实际生产线中，可以通过热压或超声波进行封口，模型中不必从机理上对此过程进行建模仿真，只要求封住袋子两端，确保填充物不流出。Abaqus里面适合采用cohesive contact或无分离接触来实现封口，我们使用后者，这样筒料被封口机构压紧之后，其内部相互接触的表面可以实现不再分离。

填装

粒子生成器被用作实现颗粒产品的填装，控制颗粒产生的幅值函数一共有两个：流速与单位面积的质量流率，颗粒出口面积一定的情况下，我们可以通过协调二者的数值关系，再结合颗粒直径等参数，以确保粒子生成器在指定的时间段内产生一定数目的颗粒。本模型中，在0.5秒的填充时间内，已完成包装的袋子内分别生成了83、82、83、82、81、81颗粒子，平均数82，方差0.8，粒子生成器运行非常稳定，满足模型需求。

每一包产品的颗粒数目

切割

切割的目的是实现包装后的单个产品与筒料分离，Abaqus中可以基于单元删除、连接器失效、cohesive、model change（explicit不支持）等技术来模拟分离，此模型中我们采用的是单元删除，刀具的切割动作使用以下两种方式都可以。

拉裂式切割与压裂式切割

动作协调

填装总是发生在封口之后，切割总是发生在填装之后，如此往复循环，因此模型中需要指定彼此协调的、周期性的幅值函数以便控制各个机构的运动，这样能保证各个部件的正确运作，所有涉及到的幅值函数如下。

控制机构运动的幅值函数

搭建好的生产线仿真模型（Model-0）

基于该数值模型可以进行参数调整的故障预示，比如我们需要提高产能，生产线要加速运行，在加速模式下，封口机构、切割机构运作的参数或更新的结构形式需要跟新的速度匹配，避免发生故障，经对标验证和确认后的数值模型可以用于参数调整故障预示和设备优化。

基于数值模拟的故障预示

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