技术帖：Abaqus DEM颗粒包装袋跌落仿真

颗粒状产品运输过程中会承受冲击，因此包装必须有足够的韧性和强度，通常用试验来评估包装的性能。根据ASTM或ISTA相关跌落试验标准，需要在一定的高度释放包装，跌落至地面，以检查其是否失效。这种动态试验很难捕捉到包装的应力应变等响应，无法对导致包装失效的冲击载荷加以细分，而且成本较高，因此，可以借助于CAE手段来弥补这些不足。

本次仿真包装袋和颗粒物总质量12kg，外观尺寸415×670×114mm（变形前），跌落高度1.5m，包装材质为厚度0.14mm的聚乙烯塑料薄膜，杨氏模量724.5MPa，泊松比0.39，屈服应力10MPa。

仿真采用Abaqus DEM-FEM耦合模型，分为两个部分，第一部分颗粒填充，获得跌落前包装袋的初始状态；第二部分跌落仿真，计算包装袋跌落的动态响应。

颗粒填充

为了得到跌落前包装袋内的颗粒分布、装料后的薄膜构型与应力状态，先进行颗粒的填充模拟，颗粒半径5mm，填充速率1m/s，喷口喷完颗粒，模型达到重力下的平衡之后，动能接近于零，结束仿真。

包装袋应力

包装袋变形与颗粒分布

跌落仿真

新建一个模型，用于包装袋的跌落仿真，通过Part→Import导入颗粒填充模型的odb文件，得到变形后的包装袋与填充颗粒，颗粒节点坐标在界面下可以显示，但是其截面属性、接触定义要在输出的inp文件里编辑。

包装袋损伤与开裂位置

计算结果表明，由于颗粒团受到冲击之后的横向流动效应，袋子底部是应力水平比较高的区域，其中四个角为应力集中比较严重的位置，容易成为开裂起始点，开裂之后，袋子被颗粒的横向流动撕裂。

包装袋跌落过程应力-主视图

包装袋跌落过程应力-后视图

跌落过程中提取到的地面法向接触力有2个峰值，分别对应破裂前包装袋的整体冲击（峰值高，持续时间短）、和破裂后的颗粒二次冲击（峰值低，持续时间稍长）；随着颗粒的流出，接触面积逐渐增大。

地面法向接触力与接触面积

Color Code渲染

最后，使用 Abaqus自带的Color Code对模型进行渲染，并另存为Marco，可以自己命名，保存到当前工作路径下，下次打开模型可以直接运行渲染。另外，平时工作时，对于一些重复性的界面操作，也能录制一下Macro，需要时调用，提高效率。

渲染并保存为宏

注意，渲染时要在变形显示模式下，而不是云图显示模式，本案例包装袋渲染的颜色代码如下：

颗粒填充

包装跌落-正视图

包装跌落-顶视图

包装跌落-后视图