婴幼儿摇椅金属底座的破裂分析_2010-ABQ_报告投影片
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8
分析程序與邊界條件設定
壓縮分析 扭轉分析
施加壓縮方向位移求取反力
施加向下方向位移求取反力
對稱模型取半分析，對稱面施加固定拘束
9
點選左圖以播放動畫
壓縮分析結果
破裂位置
極限荷重(1346 N)與實際荷重(1176 N)接近(誤差約14%)，破裂位置相同。 10
點選左圖以播放動畫
扭轉分析結果
破裂位置
壓縮測試之破裂位置，極限荷重1176 N
扭轉測試之破裂位置，極限荷重490 N
4
損傷失效模型簡介
ABAQUS提供的金屬損傷失效模型
高應變率破壞 Shear failure tensile failure 孔隙成核、成長與合併之破壞 Ductile damage John-Cook (J-C) damage 剪力帶破壞 Shear damage 鈑金成型破壞 Forming limit diagram (FLD) damage Forming limit stress diagram (FLSD) damage Marciniak-Kuczynski (M-K) damage Müschenborn-Sonne forming limit diagram (MSFLD) damage
7
材料參數假設
Matweb材料網站數據
拉伸降伏應力 165 MPa 拉伸抗拉強度 331 MPa 伸長率為2.5% 楊氏模數 71000 MPa
0.0224
0.0224
1 − (σ 11 + σ 22 + σ 33 ) p=pressure stress= 3 2 2 2 2 2 2 q=Mises equivalent stress= σ 11 + σ 22 + σ 33 − σ 11σ 22 − σ 22σ 33 − σ 33σ 11 + 3σ 12 + 3σ 23 + 3σ 31
極限荷重(530 N)與實際荷重(490 N)接近(誤差約8%)，破裂位置相同。 11
忽略應力三軸度關係之分析結果
破裂位置 破裂位置
忽略應力三軸度與損傷起始之塑性應變的關係，會導致破裂位置不同。
12
結論與展望
結論
本文應用累進損傷與失效模型- ductile damage model，透過合理 的材料參數假設，成功驗證底座在壓縮與扭轉測試的破裂行為，並 作為底座設變後分析其極限荷重與破裂位置的基礎。
3
分析問題與需求定義
Nuna leaf之金屬底座在進行壓縮及扭轉測試時，約承受1176 N及490 N時會 發生破裂現象，因此欲藉由最佳化及FEA軟體決定設變加肋之位置，提高所 能承受之負載。 FEA求解軟體：ABAQUS/Explicit 優化求解軟體：Hyperworks/Optistruct
嬰幼兒搖椅金屬底座 的破裂分析
明門實業股份有限公司 明門工程團隊
報告大綱
明門公司簡介 分析問題與需求定義 損傷失效模型簡介 Ductile damage概念說明 材料參數假設 分析程序與邊界條件 分析結果 結論與展望
2
明門公司簡介
明門實業股份有限公司成立於1983年，專注於嬰兒車、嬰兒床、汽車安全 椅、高腳椅等嬰幼兒用產品之全球市場需求與產品設計改良。 2008年正式導入商用有限元素分析軟體ABAQUS。 公司網址：www.wonderland.com.tw 嬰幼兒搖椅Nuna leaf為領先全球研發之新產品。
5
Ductile damage概念說明
單軸向拉伸試驗之真實應力應變曲線
損傷起始點， (damage initiation) D=0 抗拉強度 頸縮段(damage evolution low) 降伏點
失效點 D=1
ε Di
pl
ε Df
6
pl
Ductile damage概念說明-續
－應變率為0.001 －應變率為250
未來展望
視需要進行ADC 12之材料試驗取得應力應變曲線及應力三軸度與 損傷起始PEEQ之對應值。 嘗試將此損傷模型應用於塑膠零件的破裂行為預估。
13
肋條位置優化分析
CAD取半模型約925克重 根據最佳化結果加X型肋
原始設計
CAD模型約959克重，增加3.5%
省略此處肋條以減輕重量
考慮模具壽命加V型肋
CAD模型約938克重，增加1.3% 肋條優化分析
14
肋條優化的壓縮分析結果
X型肋 V型肋
預估之破裂位置 破来自百度文库位置
分析終止在位移40 mm，極限荷重應超過1333 N。
極限荷重約1476 N，增加約10%。 15
肋條優化的扭轉分析結果
X型肋 V型肋
破裂位置 破裂位置
極限荷重約800 N，增加約51%。
極限荷重約773 N，增加約46%。 16
謝謝指教!
17
分析程序與邊界條件設定
壓縮分析 扭轉分析
施加壓縮方向位移求取反力
施加向下方向位移求取反力
對稱模型取半分析，對稱面施加固定拘束
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點選左圖以播放動畫
壓縮分析結果
破裂位置
極限荷重(1346 N)與實際荷重(1176 N)接近(誤差約14%)，破裂位置相同。 10
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扭轉分析結果
破裂位置
壓縮測試之破裂位置，極限荷重1176 N
扭轉測試之破裂位置，極限荷重490 N
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損傷失效模型簡介
ABAQUS提供的金屬損傷失效模型
高應變率破壞 Shear failure tensile failure 孔隙成核、成長與合併之破壞 Ductile damage John-Cook (J-C) damage 剪力帶破壞 Shear damage 鈑金成型破壞 Forming limit diagram (FLD) damage Forming limit stress diagram (FLSD) damage Marciniak-Kuczynski (M-K) damage Müschenborn-Sonne forming limit diagram (MSFLD) damage
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材料參數假設
Matweb材料網站數據
拉伸降伏應力 165 MPa 拉伸抗拉強度 331 MPa 伸長率為2.5% 楊氏模數 71000 MPa
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0.0224
1 − (σ 11 + σ 22 + σ 33 ) p=pressure stress= 3 2 2 2 2 2 2 q=Mises equivalent stress= σ 11 + σ 22 + σ 33 − σ 11σ 22 − σ 22σ 33 − σ 33σ 11 + 3σ 12 + 3σ 23 + 3σ 31
極限荷重(530 N)與實際荷重(490 N)接近(誤差約8%)，破裂位置相同。 11
忽略應力三軸度關係之分析結果
破裂位置 破裂位置
忽略應力三軸度與損傷起始之塑性應變的關係，會導致破裂位置不同。
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結論與展望
結論
本文應用累進損傷與失效模型- ductile damage model，透過合理 的材料參數假設，成功驗證底座在壓縮與扭轉測試的破裂行為，並 作為底座設變後分析其極限荷重與破裂位置的基礎。
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分析問題與需求定義
Nuna leaf之金屬底座在進行壓縮及扭轉測試時，約承受1176 N及490 N時會 發生破裂現象，因此欲藉由最佳化及FEA軟體決定設變加肋之位置，提高所 能承受之負載。 FEA求解軟體：ABAQUS/Explicit 優化求解軟體：Hyperworks/Optistruct
嬰幼兒搖椅金屬底座 的破裂分析
明門實業股份有限公司 明門工程團隊
報告大綱
明門公司簡介 分析問題與需求定義 損傷失效模型簡介 Ductile damage概念說明 材料參數假設 分析程序與邊界條件 分析結果 結論與展望
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明門公司簡介
明門實業股份有限公司成立於1983年，專注於嬰兒車、嬰兒床、汽車安全 椅、高腳椅等嬰幼兒用產品之全球市場需求與產品設計改良。 2008年正式導入商用有限元素分析軟體ABAQUS。 公司網址：www.wonderland.com.tw 嬰幼兒搖椅Nuna leaf為領先全球研發之新產品。
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Ductile damage概念說明
單軸向拉伸試驗之真實應力應變曲線
損傷起始點， (damage initiation) D=0 抗拉強度 頸縮段(damage evolution low) 降伏點
失效點 D=1
ε Di
pl
ε Df
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Ductile damage概念說明-續
－應變率為0.001 －應變率為250
未來展望
視需要進行ADC 12之材料試驗取得應力應變曲線及應力三軸度與 損傷起始PEEQ之對應值。 嘗試將此損傷模型應用於塑膠零件的破裂行為預估。
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肋條位置優化分析
CAD取半模型約925克重 根據最佳化結果加X型肋
原始設計
CAD模型約959克重，增加3.5%
省略此處肋條以減輕重量
考慮模具壽命加V型肋
CAD模型約938克重，增加1.3% 肋條優化分析
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肋條優化的壓縮分析結果
X型肋 V型肋
預估之破裂位置 破来自百度文库位置
分析終止在位移40 mm，極限荷重應超過1333 N。
極限荷重約1476 N，增加約10%。 15
肋條優化的扭轉分析結果
X型肋 V型肋
破裂位置 破裂位置
極限荷重約800 N，增加約51%。
極限荷重約773 N，增加約46%。 16
謝謝指教!
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