z607 laginja emanuel
Post on 02-Mar-2018
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
1/35
SVEUIITE U ZAGEBUGRFIKI FAKUTET
ZAVNI RD
EMANUE LGINJA
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
2/35
Smjer: tehniko - tehnoloki
ZAVRNI RADSIMULACIJA ISPITIVANJA MATERIJALA
ZA IZRADU AMBALAE
Mentor: Student:doc. dr. sc. Dubravko Bani Emanuel Laginja
Zagreb, 2015.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
3/35
SAETAK
Ovaj rad opisuje razradu procesa izrade kutije u visoko automatiziranom tehnolokom
postrojenju. Misao vodilja ovog rada jest softverska analiza i opis principa rada izrade
ambalae odreenog proizvoda, koja prua informacije o ponaanju odreenog materijalakoji je koriten prije samog poetka izrade proizvoda. Takva vrsta analize izvrena je uz
pomo programa CAE tipa koji se koristi za izradu takve ambalae. Program omoguuje
simulaciju otpornosti na odreene sile, te napetost unutar samog odabranog materijala
(s deniranim modulom elastinosti, tvrdoom itd.) to uvelike moe pomoi i ukazati
na potencijalne probleme koji se mogu pojaviti u procesu izrade te kutije, a samim time
i uvelike smanjiti utroak vremena i materijala izrade prototipa koji bi se kasnije morao
podvrgnuti mehanikim ispitivanjima.
Kljune rijei: Analiza, CAE, automatizacija, prototip
ABSTRACT
This project describes the process of making a cardboard box in a highly automated
production. The idea of this project is computer analysing and description of making a
package, which provides information about the behaviour of a material used for making
the package, before the beginning of the actual producing. This type of analysis isconducted using a CAE software, specialized for this kind of production. This software
provides simulation of force effect and material tension (with dened Youngs module,
hardness etc.) which helps to point out potential problems that can be manifested in the
process of making the package and, at the same time, reduce the amount of time and
material spent for making the prototype, which would later be used for testing.
Keywords: Analysis, CAE, automatization, prototype
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
4/35
SADRAJ
Teoretski dio1. Uvod ....................................................................................................................................4
1.1. O izradi zavrnog rada ...................................................................................................4
2. Papir .....................................................................................................................................52.1. Papir i klima .......................................................................................................................5
3. Ambalaa ...........................................................................................................................7
3.1. Podjela ambalae ............................................................................................................7
3.2. Podjela ambalae prema ambalanom materijalu ..............................................8
3.3. Podjela ambalae prema osnovnoj namjeni u prometu robe ........................10
3.4. Podjela ambalae prema trajnosti ............................................................................11
3.5. Konstrukcija kartonske ambalae .............................................................................12
4. CAD, CAM i CAE sustavi ................................................................................................144.1. CAE ......................................................................................................................................15
4.2. Prednosti CAE-a ..............................................................................................................16
5. Abaqus ...............................................................................................................................17
5.1. Abaqus/Standard ...........................................................................................................18
5.2. Abaqus/Explicit ...............................................................................................................18
5.3. Abaqus/CFD .....................................................................................................................18
5.4. Abaqus CAE ......................................................................................................................18
5.5. Osnove analize u Abaqus-u ........................................................................................19
5.5.1. Predprocesuiranje ..........................................................................................................20
5.5.2. Simulacija (Abaqus/Standard ili Abaqus/Explicit) ...............................................20
5.5.3. Postprocesuiranje (Abaqus/CAE) ..............................................................................20
5.5.4. Definiranje tipova konanih elemenata .................................................................20
5.5.5. Broj vorova redoslijed interpolacije ....................................................................22
5.5.6. Formulacije .......................................................................................................................22
5.5.7. Integracija .........................................................................................................................22
Eksperimentalni dio6. O izradi eksperimentalnog dijela ..............................................................................23
7. Izrada modela ..................................................................................................................23
7.1. Analiza modela ...............................................................................................................29
8. Rezultati .............................................................................................................................32
9. Zakljuak ...........................................................................................................................33
10. Popis literature ................................................................................................................34
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
5/35
5
Teoretski dio
1. Uvod
Postoji mnogo naina kako ocijeniti kvalitetu ambalae. Bilo da se radi o situaciji gdjese kvaliteta odnosi na uvjete koje mora izdrati prilikom transporta, kako bi kvalitetno
zatitila proizvod od vanjskih utjecaja, ili se pak odnosi na ponaanje materijala prilikom
kontakta s kozumentom. Termin kvaliteta ambalae vrlo je irok pojam i odnosi se na
injenicu da ambalaa mora bit izraena na nain da slui svrsi.
Predmet ovog rada je razrada procesa izrade ambalae uz pomo CAE softvera koji
omoguuje vrenje analize nad ambalaom bez potrebe troenja vremena i materijala
za izradu prototipa. To znai da je potrebno samo skicirati oblik ambalae u programu,
denirati materijal, postaviti uvjete odvijanja analize (toke apliciranja sile naprezanja i
jainu) te izvriti analizu, koju softver zapravo sam vri te na kraju prikazuje sliku nakon
djelovanja sile (spektralnu sliku naprezanja i eventualno izvijanje predmeta pod silom).
1.1 O izradi zavrnog rada
Prilikom izrade samog zavrnog rada koriteni su programi iz kolekcije Adobe
Master Collection CS6 kao to su: Adobe Illustrator CS6 i Adobe Photoshop CS6,
koji su specijalizirani za crtanje ilustracija te obradu slike. Takoer, prilikom izradeeksperimentalnog dijela koriten je Abaqus CAE 6.14. specijaliziran za izradu takve
vrste zadatka, a tijekom pisanja elaborata zavrnog rada koriten je program Adobe
InDesign CS6, program za prijelom teksta.
Na Slici 1. prikazane su ikone programa koritenih za izradu rada.
a)
Slika 1. - a) Adobe Illustrator CS6, b) Adobe Photoshop CS6, c) Adobe InDesign CS6 [1],
d) Abaqus CAE [2]
b) c)
d)
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
6/35
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
7/35
7
Bez obzira na podrijetlo vlakana, osnovna sirovina je drvo, koje je po svojim zikalnim
svojstvima higroskopna masa lako upija vodu, odnosno veoma osjetljiv na promjene
klimatskih uvjeta (temp. i vlaga toplo i hladno vrijeme s vie ili manje vlage). Na
modernim strojevima za proizvodnju papira i kartona isti se proizvode s relativnom
vlanou od 50% 5%. Svaka promjena klimatskih uvjeta izvan navedenih granicadovodi do neeljenih posljedica deformacije papira ili kartona koji za posljedicu
mogu imati pojavu problema u procesu grake obrade na strojevima (tisak, rezanje,
lijebljenje, lijepljenje itd.). Zbog toga je prilikom skladitenja i dorade papira i kartona
iznimno vano voditi rauna o klimatskim uvjetima - temperaturi okoline, vlazi. Smatra
se da se klimatski uvjeti u kojima se smije skladititi ili obraivati papir i karton mora
kretati na temp. izmeu 23C 2C uz relativnu vlanost zraka od 50% 5%, to je
prikazano na Slici 3.
Slika 3. - Papir pod utjecajem vlage [6]
Meutim, teko je, a i nancijski neisplativo osigurati ovakve uvjete skladitenja,
pa su obino papiri i kartoni pritom izloeni promjenjivim klimatskim uvjetima
neklimatizirani prostori. U procesu obrade i prerade papira i kartona svakako je
poeljno imati klimatiziran radni prostor. Upravo iz ovog razloga papir i karton se nakon
proizvodnje zapakira na palete i obloi PVC folijom koja ga titi od promjenjivih utjecaja
okoline (relativna vlanost). Stoga je vano da se PVC folija s palete smije skinuti teknakon to se papir i karton aklimatizirao radnom prostoru. Ukoliko skladini prostor nije
klimatiziran papiru i kartonu potrebno je odreeno vrijeme da provede u klimatiziranom
prostoru kako bi se aklimatizirao i kako bi, na taj nain, sprijeili njegovo deformiranje, a
samim time i pojavu problema u njegovoj preradi. Vani pojmovi u grakoj industriji na
koje treba obratiti panju su: promjena klimatskih (vremenskih) uvjeta, neklimatizirani
i klimatizirani prostor, temperatura okoline, vlanost zraka (maksimalna, relativna i
apsolutna), temp. rosita, aklimatizacija klimatska uravnoteenost (prilagodba novim
klimatskim uvjetima).
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
8/35
8
3. Ambalaa
Ambalaa predstavlja sve proizvode, bez obzira na prirodu materijala od kojeg su
izraeni, a upotrebljavaju se za dranje, uvanje, rukovanje, isporuku i predstavljanje
robe tijekom transporta robe od proizvoaa do korisnika ili potroaa. Posude razliitogoblika i veliine, nainjene od razliitih materijala, u kojima se roba dri tijekom
transporta, a isto tako i tanji eksibilni materijali koji su samo izrezani na odgovarajue
dimenzije i eventualno graki obraeni a slue za zamatanje roba, zovu se ambalaa.
Ambalaa je sredstvo koje prihvaa robu i titi je do uporabe. Ona titi robu od
mehanikih, klimatolokih, kemijskih i mikrobiolokih utjecaja, ali isto tako titi okolinu
od mogueg tetnog utjecaja robe. Takoer, ambalaa aktivno sudjeluje u prodaji same
robe, na nain da svojom teksturom, grakim rjeenjem, i identikacijom komunicira s
potroaem. Osim toga ona mora omoguiti jednostavnu i udobnu uporabu a istodobnobiti atraktivna i suvremena. [7]
3.1. Podjela ambalae
Ambalaa se razlikuje prema ambalanom materijalu od kojeg je izraena, dimenzijama,
obliku, grakoj obradi, namjeni itd. Radi lakeg sagledavanja proizvodnje i kvalitete
ambalae, njenih funkcija u smislu ouvanja kvalitete upakirane namirnice i uloge u
prometu, kao i svih ekonomskih i pravnih pitanja, sva se ambalaa moe podijeliti u
odreene skupine s deniranim zajednikim svojstvima. Ovisno o svojstvima koja se
uzimaju kao osnova podjele, podjela ambalae se moe provesti na vie naina.
Ambalaa se moe podijeliti u razliite skupine s obzirom na odabrano zajedniko
svojstvo, a to moe biti ambalani materijal, osnovna namjena u prometu roba, trajnost,
funkcija, vrijednost, zika svojstva itd.
Podjela prema ambalanom materijalu:
Papirna i kartonska ambalaa (kutije...) Metalna ambalaa
Staklena ambalaa (staklene boce...)
Drvena ambalaa
Tekstilna ambalaa
Ambalaa od polimernih materijala (PVC boce...)
Kombinirana ambalaa (Tetrapak...)
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
9/35
9
Podjela prema osnovnoj namjeni u prometu robe:
Prodajna ambalaa
Skupna ambalaa
Transportna ambalaa
Podjela prema trajnosti
Povratna ambalaa
Nepovratna ambalaa [7]
3.2. Podjela ambalae prema ambalanom materijalu
Ambalani materijal je najvaniji element u kreiranju ambalae o kojem ovisi izbor
tehnologije za proizvodnju ambalae, kvalitete, izgleda, oblika, namjene, naina uporabe
i cijena. Prema materijalu od kojeg je izraena ambalaa moe biti papirna i kartonska,
metalna, staklena, drvena, tekstilna, ambalaa od polimernih materijala i vieslojnih
materijala koji se jo nazivaju i laminati, to je prikazano na Slici 4.
Slika 4.- Ambalaa, mijeana [8]
Slika 5. - Kartonska aa [8] Slika 6. - Kutija od valovite ljepenke [8]
Od papira i tanjeg kartona izrauju se savitljive vreice razliitih dimenzija i prostorno
neoblikovana ambalaa za zamatanje roba. Zajedno s drugim materijalima u obliku folija
upotrebljavaju se u izradi vieslojne ambalae. Karton i valovita ljepenka slue za izradu
kutija i aa, to je prikazano na Slici 5. i Slici 6.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
10/35
10
Drvo se upotrebljava za izradu sanduka, bavi, koara od prua i transportnih paleta, ali
se danas sve vie zamjenjuje drugim materijalima.
Tekstilna ambalaa koja se nekad izraivala od prirodnih vlakana (npr. vree od
jute) danas se zamjenjuje tekstilnim vlaknima i trakama od polimernih materijala.Upotrebljava se za omatanje bala i izradu vrea i mrea.
Polimerni materijali upotrebljavaju se za izradu ambalae posljednjih 50 godina a
zbog svojih dobrih svojstava i niske cijene zamijenili su neke prirodne materijale,
osobito metal, drvo i staklo. Mogu se proizvoditi u gotovo svim ambalanim oblicima.
Zahvaljujui svojim specinim svojstvima polimerni materijali omoguili su razvoj
novih metoda pakiranja, npr. pakiranje u modiciranoj atmosferi u prodajnim
jedinicama.Na Slici 7. prikazani su tipovi ambalae.
Slika 7. - a) Drvena ambalaa, b) Tekstilna ambalaa, c) Polimerna ambalaa [8]
Kombiniranjem i spajanjem vie vrsta razliitih materijala u obliku folija dobiju se
ambalani materijali eljenih svojstava i relativno niske cijene, a nazivaju se vieslojnimaterijali ili laminati. Upotrebljavaju se za pakiranje roba kada klasini materijali ne
zadovoljavaju, bilo svojim svojstvom, cijenom ili nisu prilagoeni suvremenoj opremi za
pakiranje.
Metali koji se koriste za izradu ambalae su eljezo, aluminij, kositar, cink i olovo koji
se upotrebljavaju samo za pakiranje radioaktivne robe. Metalna ambalaa izrauje
se u razliitim oblicima od kontejnera, cisterni, bavi, kanti, limenki do poklopaca za
staklenke, zatvaraa za boce itd. [7]
a) b) c)
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
11/35
11
Slika 8. - a) Vieslojna (laminati) ambalaa,b) Metalna ambalaa [8]
3.3. Podjela ambalae prema osnovnoj namjeni u prometu robe
Prema osnovnoj namjeni u prometu robe ambalaa se dijeli na prodajnu (primarnu),
skupnu (sekundarnu) i transportnu (tercijarnu) ambalau.
Prodajna ili primarna ambalaa slui za pakiranje robe iroke potronje u koliini koja
najbolje odgovara potrebama kupca. Roba upakirana u prodajnu ambalau predstavlja
jedinino pakiranje ili prodajnu jedinicu robe. Ova ambalaa prezentira robu kupcu,
mora sadravati sve potrebne informacije o sastavu i koliini robe, uvjetima uvanja,
roku trajanja i nainu uporabe. Prodajna ambalaa mora zatititi robu i sva njena
originalna svojstva do trenutka uporabe, odnosno mora jamiti kvalitetu i kvantitetu
robe. Takoer svojim atraktivnim izgledom mora privui panju kupca i navesti ga daodabere ba taj proizvod. Budui da se roba troi upravo iz prodajne ambalae ona mora
biti funkcionalna, omoguiti lako otvaranje i zatvaranje ambalae. Ambalana jedinica
koja sadri vie proizvoda u primarnoj ambalai tako da je proizvod pristupaan kupcu
u skupini, a moe se izdvojiti i uzeti pojedinano, naziva se skupna ili sekundarna
ambalaa. Ona racionalizira pakovanje robe u transportnu ambalau i rukovanje robom
u trgovini.
Na Slici 9. prikazane su prodajna i skupna ambalaa.
Slika 9. - a) Prodajna ambalaa [9], b) Skupna ambalaa [10]
a) b)
Na Slici 8. prikazana je vieslojna i metalna ambalaa.
a) b)
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
12/35
12
Slika 10. - Transportna ambalaa [10]
Transportna ili tercijarna ambalaa omoguava prijevoz, pretovar i rukovanje odreenom
koliinom proizvoda pakiranog u prodajnoj i/ili skupnoj ambalai. Transportna ambalaa
zatiuje robu od svih oteenja do kojih moe doi tijekom transporta, skladitenja i
manipulacije robom, osobito od onih koja nastaju zbog mehanikih optereenja i
atmosferskih utjecaja. [7]Na Slici 10. prikazan je izgled transportne ambalae.
3.4. Podjela ambalae prema trajnosti
Ambalaa se prema trajnosti dijeli na povratnu i nepovratnu. Povratna ambalaa je
ona ambalaa koja se, nakon to se isprazni, ponovo upotrebljava u istu svrhu. Budui
da je trajnija mora biti izraena od kvalitetnijeg materijala stoga je i skuplja. Povratna
ambalaa se prikuplja, vraa proizvoau koji je nakon ienja i pranja ponovo
upotrebljava za pakiranje. Uz transportnu ambalau, koja je uglavnom povratna (bave,cisterne, sanduci...), u ovu kategoriju spadaju i neke vrste prodajne ambalae (npr.
boce za komprimirane plinove, staklene boce). Nepovratna ambalaa upotrebljava se
za jednokratno pakiranje. Najvei dio prodajne ambalae je nepovratan iz praktinih i
ekonomskih razloga. Nakon to kupac upotrijebi sadraj ona predstavlja otpad. Velike
koliine nepovratne prodajne ambalae postale su ekoloki problem. Stoga se danas
razliitim mjerama potiu proizvoai da proizvode ambalau koju je mogue ponovo
upotrijebiti ili reciklirati, odnosno da upotrebljavaju biorazgradive ambalane materijale
kako bi se nepovoljni utjecaj na okoli smanjio na najmanju moguu mjeru. Ambalaa seprema trajnosti dijeli na povratnu i nepovratnu. Povratna ambalaa je ona ambalaa koja
se, nakon to se isprazni, ponovo upotrebljava u istu svrhu. Budui da je trajnija mora biti
izraena od kvalitetnijeg materijala stoga je i skuplja. Povratna ambalaa se prikuplja,
vraa proizvoau koji je nakon ienja i pranja ponovo upotrebljava za pakiranje. Uz
transportnu ambalau, koja je uglavnom povratna (bave, cisterne, sanduci...), u ovu
kategoriju spadaju i neke vrste prodajne ambalae (npr. boce za komprimirane plinove,
staklene boce). Nepovratna ambalaa upotrebljava se za jednokratno pakiranje. Najvei
dio prodajne ambalae je nepovratan iz praktinih i ekonomskih razloga. Nakon to
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
13/35
13
kupac upotrijebi sadraj ona predstavlja otpad. Velike koliine nepovratne prodajne
ambalae postale su ekoloki problem. Stoga se danas razliitim mjerama potiu
proizvoai da proizvode ambalau koju je mogue ponovo upotrijebiti ili reciklirati,
odnosno da upotrebljavaju biorazgradive ambalane materijale kako bi se nepovoljni
utjecaj na okoli smanjio na najmanju moguu mjeru. [7]Na Slici 11. prikazane su povratna i nepovratna ambalaa.
Slika 11. - a) Povratna ambalaa, b) Nepovratna ambalaa [11]
3.5. Konstrukcija kartonske ambalae
Konstrukcija kartonske ambalae predstavlja niz postupaka koji kao rezultat daju
formiranu ambalau (kutiju).
Sloiva kartonska kutija je proizvod izraen od kartona, proizveden u nekoliko radnih
procesa koji objedinjuju tisak, lakiranje, preg, tancanje i lijebljenje. Naime, kartonskase ambalaa moe nai u 2 oblika, a to je oblik kutije, to znai da je formirana te u
obliku prireza to znai da je izrezana, ali nije formirana.
Zahtjevi ambalae na koje treba obratiti panju prilikom izrade su sljedei:
praktinost
svrsishodnost
prepoznatljivost
grako rjeenje koje podie vrijednost predmeta koji se pakira izrada koja zadovoljava zahtjeve ekologije (prirodni materijali)
materijal koji koristimo mora biti namijenjen proizvodu koji se pakira
Za izradu kutije potrebno je odrediti karton sa svojstvima koja su pogodna za tisak u
razliitim tehnikama te da ga je mogue povrinski obraditi i oblikovati. Nakon toga
treba odrediti dimenzije same kutije koje e naravno biti u skladu s onima koje sadri
predmet koji e se u nju pakirati te je uz to potrebno i uraunati i debljinu materijala
kojeg emo koristiti prilikom izrade.
a) b)
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
14/35
14
Iz ovoga je mogue zakljuiti da se konstrukcija kartonske ambalae odvija u 5 faza, i to:
1. Prikupljanje svih relevantnih podataka o sadraju koji e se pakirati, o
tehnologiji pakiranja, razgovor sa strunim osobljem u cilju dobivanja to
veeg broja podataka
2. Konstrukcija u CAD programu u 2D i eventualnoj 3D simulaciji3. Dostava rjeenja kupcu radi prve analize i razjanjenja eventualnih nejasnoa
4. Izrada nalnog uzorka i testiranje (nosivost i vrstoa te strojno pakiranje)
5. Izrada alata (tance) na osnovu nalnog crtea, redovna proizvodnja i
provjera kvalitete proizvedene ambalae
Na Slici 12. prikazan je izgled tehnikog crtea prilikom konstrukcije kutije
Slika 12. - Izgled konstrukcije kutije
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
15/35
15
4. CAD, CAM i CAE sustavi
CAD (eng. Computer Aided Design) predstavlja uporabu raunala kroz proces stvaranja,
modikacije i analize dizajna odreenog proizvoda. CAD softver koristi se kako bi se
poveala produktivnost dizajnera, kvaliteta dizajna te izrada baze za konanu izraduproizvoda. Izlazni produkt CAD-a je skup elektronikih datoteka koje e se kasnije
ispisivati ili koristiti kod direktne strojne izrade proizvoda.
Na Slici 13. prikazan je CAD tehniki crte.
Slika 13. - CAD crte [12]
CAD se koristi u mnogim granama industrije kao npr. elektronika, strojarstvo, graevina
i sl. Oblik u kojem se CAD datoteka nalazi obino je tehniki crte koji slui kao baza
po kojemu e se proces izrade odreenog proizvoda odvijati. Takoer, moe se pronai
u obliku dvodimenzionalnog i trodimenzionalnog crtea, ovisno o potrebi proizvodnje.
Uz CAD sustav veu se pojmovi poput CAM (eng. Computer Aided Manufacturing),
koji predstavlja softver koji pomou crtea napravljenog u CAD sustavu izrauje putanje
za alat koji izrauje odreeni proizvod (tu se prvenstveno misli na CNC sustave), i
CAE (eng. Computer Aided Engineering) koji predstavlja softver koji na temelju CAD
crtea obavlja analize i ispitivanja vezana uz proizvod te na taj nain pomae u rjeavaju
inenjerskih problema koji se mogu pojaviti u mnogim granama industrije.
Na Slici 14. prikazan je izgled CAD/CAM radnog okruenja. [13]
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
16/35
16
Slika 14. - Izgled CAD/CAM radnog okruenja [13]
4.1. CAE
CAE predstavlja koritenje softvera za unaprjeenje proizvodnje u podruju industrijskog
dizajna u smislu ranog otkrivanja moguih problema, s inenjerskog aspekta, u
proizvodnji. Uz CAD crte kao temelj svega, ukljuuje i simulaciju i optimizaciju
proizvoda, procesa i proizvodnih alata.
Na Slici 15. prikazan je izgled CAE analize.
Slika 15. - CAE analiza [14]
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
17/35
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
18/35
18
5. Abaqus
Abaqus predstavlja skup programa za inenjerske simulacije, koji se temelje na metodi
konanih elemenata, koji mogu rijeiti probleme u rasponu od relativno jednostavne
linearne analize, do najzahtjevnijih nelinearnih situacija. Abaqus sadri opsean brojelemenata koji mogu modelirati gotovo svaku geometriju. Takoer, posjeduje jednako
opsean popis modela materijala koji mogu simulirati ponaanje veine tipinih
inenjerskih materijala, ukljuujui metale, gume, polimere, kompozite, armirani beton,
krte i elastine pjene i geotehnike materijale ko to su tla i stijene. Dizajniran je kao
simulacijski alat ope namjene te se uglavnom koristi za prouavanje strukturalnih
problema kao to su pomaci, naponi, naprezanja i sl. no moe se koristiti i za znatno
sloenija ispitivanja. Moe simulirati probleme u razliitim podrujima kao to su
prijenos topline, difuzija mase, toplinsko djelovanje elektrinih komponenata (toplinsko-elektro analiza), akustika, mehanika tla, piezoelektrine analize i dinamike uida.
Problemi s vie komponenata modeliraju se na temelju suradnje denirane geometrije
svake komponente s odgovarajuim modelom materijala i deniranjem interakcije
izmeu komponenata. U nelinearnim analizama Abaqus automatski odabire
odgovarajue korake optereenja i tolerancije konvergencije te stalno ih prilagoava
tijekom analize kako bi se osiguralo da se uinkovito dobije tono rjeenje.
Abaqus se sastoji od tri osnovna podsustava:
Abaqus/Standard
Abaqus/Explicit
Abaqus CFD
Takoer postoje i etiri dodatna sustava specijalne namjene za Abaqus/Standard:
Abaqus/Aqua
Abaqus/Design
Abaqus/AMS
Abaqus/Foundations
Abaqus/CAE je kompletno Abaqus okruenje koje obuhvaa opcije kreiranja Abaqus
modela, interaktivno pokretanje i praenje Abaqus analiza i provjeru rezultata. Abaqus/
Viewer je dio Abaqus/CAE a koje slui za obradu rezultata nakon analize. [16]
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
19/35
19
5.1. Abaqus/Standard
Abaqus/Standard je podsustav Abaqus software-a koji slui za analizu ope namjene, koji
moe rijeiti itav niz linearnih i nelinearnih problema, ukljuuje statike, dinamike,
toplinske i elektrine odgovore komponenti. To ini na nain da rjeava sustav jednadbiimplicitno na svakom rjeenju prirasta. Nasuprot tome, Abaqus/Explicit ide k rjeenju
kroz vrijeme malim koracima vremena bez rjeavanja sustava jednadbi zajedno na
svakom prirastu vremena. [16]
5.2. Abaqus/Explicit
Ovaj podsustav slui za analizu posebne namjene koji koristi eksplicitnu dinamiku
formulaciju konanih elemenata. Pogodan je za modeliranje kratkih, prolaznih
dinamikih dogaaja, kao to su problemi udara i eksplozije koji ukljuuju promjene
uvjeta kontakta, kao to je formiranje simulacija. [16]
5.3. Abaqus/CFD
Ovaj podsustav predstavlja proizvod raunalne analize dinamike uida. Moe rijeiti
irok spektar nestiljivih problema protoka, ukljuujui laminarno i turbulentno
strujanje, toplinske konvektivne tokove, te probleme deformacije mree. [16]
5.4. Abaqus CAE
Abaqus/CAE predstavlja grako okruenje Abaqus software-a. Omoguuje brzo
kreiranje modela i jednostavno kreiranje ili uvoenje geometrije strukture koja e biti
analizirana i diskretizaciju geometrije u konane elemente. Fizika i materijalna svojstva
mogu se pridruiti geometriji, zajedno s optereenjima i rubnim uvjetima. Sadri
vrlo mone opcije za diskretizaciju geometrije i provjeru rezultata analize. Nakon to
je model potpun, Abaqus/CAE moe pokrenuti pratiti i kontrolirati analizu. Modul zavizualizaciju se onda moe koristiti za tumaenje rezultata.
Abaqus/Viewer je podskup Abaqus/CAE a koji sadri samo dodatne sposobnosti
obrade rezultata. U grakom suelju CAE denirani su tzv. moduli pomou kojih se
deniraju elementi modela.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
20/35
20
Moduli su:
1. Part deniranje geometrije
2. Property deniranje materijala i poprenih presjeka
3. Assembly formira globalnu geometriju modela
4. Step denira analizu koju treba provesti5. Interaction denira interakcije izmeu elemenata modela
6. Load denira rubne uvjete modela
7. Mesh omoguuje diskretizaciju modela u konane elemente
8. Job denira provedbu analize
9. Visualization koristi se za pregled i naknadu obradu rezultata
10. Sketch moe se koristiti kao jednostavan CAD program za izradu
dodatne geometrije [16]
5.5. Osnove analize u Abaqus-u
Kompletna analiza u Abaqus-u obino se sastoji od tri zasebne razine:
Predprocesuiranje
Simulacija
Postprocesuiranje
Na Slici 16. prikazan je dijagram toka analize u Abaqus-u
Predprocesuiranje
Abaqus/CAE ili drugi program
Ulazna datoteka
job.inp
Simulacija
Abaqus/Standard ili
Abaqus/Explicit
Izlazne datoteke
job.odb, job.dat,
job.res, job.fil,
Postprocesuiranje
Abaqus/CAE ili drugi program
Slika 16. - Dijagram toka rada Abaqus CAE softvera [16]
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
21/35
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
22/35
22
Kada se spominje obitelj elementa onda to moe biti:
vrsti elementi
Ljuske
Grede
Kruti elementi Membrane
Beskonani elementi
Opruge i amortizacijski elementi
Krovita
Na Slici 17. prikazane su obitelji elemenata u Abaqus-u.
Slika 17. - Obitelj elemenata u Abaqus-u [16]
Stupnjevi slobode gibanja mogu biti:
Translacija u smjeru 1
Translacija u smjeru 2
Translacija u smjeru 3
Rotacija oko 1. osi
Rotacija oko 2. osi
Rotacija oko 3. osi
Savijanje oko presjeka grede Zvuni tlak, hidrostatiki tlak
Elektrini potencijal
Temperatura za vrste elemente i temperatura na povrini greda i krutih
elemenata
Temperatura unutarnjih toaka presjeka greda i ljuski [16]
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
23/35
23
5.5.5. Broj vorova redoslijed interpolacije
Stupnjevi slobode se raunaju samo u vorovima elemenata. U ostalim pozicijama na
elementu pomaci se raunaju interpolacijom pomaka u vorovima. Obino je redoslijed
interpolacije deniran brojem vorova u koritenom elementu. Elementi koji imajuvorove samo u uglovima, koriste linearnu interpolaciju u svakom smjeru i esto se zovu
linearni elementi ili elementi prvog reda.
Elementi s dodatnim vorovima na stranicama koriste kvadratnu interpolaciju i
esto se zovu kvadratini elementi ili elementi drugog reda, a modicirani trokutasti
ili tetraedarni elementi s dodatnim vorovima na stranicama, koriste modiciranu
interpolaciju drugog reda i esto se zovu modicirani elementi ili modicirani elementi
drugog reda. [16]
5.5.6. Formulacije
Formulacija elementa odnosi se na matematiku teoriju koritenu za deniranje
ponaanja elementa. U nedostatku prilagodljive mree svi naprezanje/pomak elementi
u Abaqus-u se temelje na Lagrange-ovom ili materijalnom opisu ponaanja, materijal
povezan s elementom ostaje povezan s elementom tijekom analize, a materijal ne moe
tei preko granica elementa. Kao alternativa je Eulerov ili prostorni opis, elementi su
ksni u prostoru dok materijal protjee kroz njih. Eulerove metode se obino koristi
u simulacijama mehanike uida. Abaqus/Standard koristi Eulerove elemente za
modeliranje konvektivnog prolaza topline. [16]
5.5.7. Integracija
Abaqus koristi numerike tehnike za integraciju razliitih koliina preko volumena
svakog elementa. Koristei Gaussovu kvadraturu za veinu elemenata, Abaqus ocjenjuje
odgovor materijala u svakoj toki integracije u svakom elementu. Neki elementi uAbaqus-u mogu koristiti punu ili reduciranu integraciju, izbor koji moe imati znaajan
utjecaj na tonost rezultata za dani problem.
Abaqus/Standard nudi punu i reduciranu integraciju elemenata; Abaqus/Explicit
nudi samo reduciranu integraciju elemenata s izuzetkom modiciranih tetrahedron i
trokutastih elemenata i potpuno integriranih ljusaka prvog reda i brickelemenata. [16]
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
24/35
24
Eksperimentalni dio
6. O izradi eksperimentalnog dijela
Prilikom izrade eksperimentalnog dijela zavrnog rada koriteni su parametri izdoktorskog rada:Stiffness Design of Paperboard using the Finite Element Method,
autora Juana Crespa Amiga, izdanog od strane Kraljevskog Instituta za tehnologiju u
Stockholmu, objavljenog u srpnju 2012. godine.
Zadatak je izvren u studentskoj verziji programa Abaqus CAE 6.14, a kao model
koriten je oblik sloive kartonske kutije s asimetriki postavljenim poklopcima.
7. Izrada modela
Izrada modela odraena je na nain da je kutija sastavljena od vie dijelova, tonije svaka
klapna predstavlja pojedini dio (projektiranih u Part modulu) koji su kasnije spojeni u
cjelinu u moduluAssembly, to je prikazano na Slici 18.
Slika 18. - Spajanje dijelova u cjelinu u Assemblymodulu
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
25/35
25
Takoer, prije toga potrebno je denirati materijal. U ovom radu je to denirano kao
220 g/m2 te sa deniranom elastinou prema inenjerskim parametrima. Koriteni su
podaci Young-ovog modula za oba smjera vlakanaca (E1- uzduni smjer, E
2- popreni
smjer) te za trei smjer odnosno debljinu (E3), vrijednosti Poissonovog koecijenta su
(1,2, 1,3, 2,3- svaki za pojedini smjer) i moduli smicanja (G1,2, G1,3,G2,3). [17]U Tablici 1. prikazani su iznosi prethodno navedenih parametara.
Parametar Iznos
E1(N/mm2) 4380
E2(N/mm2
) 1800
E3(N/mm2) 21,9
1,2
0,458
1,3
-2,2
2,3
0,54
G1,2
(N/mm2) 1080
G1,3
(N/mm2) 79,6
G2,3
(N/mm2) 51,3
Tablica 1. - Parametri elastinosti koriteni kod defniranja materijala [17]
Nakon sklapanja modela i denicije materijala, slijedi denicija spoja izmeu stranica,
to znai da se simuliraju ljebovi. To se radi na nain da se prvo denira nain spajanja,
tonije stupnjevi slobode gibanja tih spojeva. Potrebno je denirati spoj tj. kreirati,
kako u programu pie, connector section. Prilikom kreiranja odabire se opcije hinge
to oznaava na koji nain e se spoj ponaati (eng. hinge - arka) tj. koliko stupnjeva
slobode gibanja takav spoj omoguava. Budui da treba simulirati ljeb na kutiji, mora
imati samo 1, tj. samo djelominu rotaciju oko svoje osi, to je prikazano na Slici 19.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
26/35
26
Slika 19. - Defniranje spoja arkom
Nakon denicije spoja, kreira se i sam taj spoj, pomou opcije Connection bulidertakoto se klikom na mjesto spoja denira spoj izmeu dvije stranice, odnosno postavlja se
tzv. arka. Zatim potrebno je denirati poseban spoj, koji u ovom zadatku predstavlja
mjesto ljepljenja. To se denira opcijom Create Constraint, zatim se u izborniku izabere
Tie constraint te se oznae stranice na koje e takav spoj utjecati, (u ovom sluaju
stranice koje se lijepe).
Tie constraint inae predstavlja kruti spoj, to u praksi ljepilo i ne predstavlja takav tip
spoja, iz razloga to ljepilo moe popustiti i dolazi do puknua odnosno raspadanja spoja,no kada bi se pristupilo takvom strogo inenjerskom pristupu, znatno bi se zadatak
zakomplicirao i vjerojatno ne bi mogao biti izvren zbog ogranienosti opreme, kao npr.
koritenje studentske verzije programa.
Na Slici 20. vidi se deniranje ljepljenog spoja.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
27/35
27
Slika 20. - Defniranje Tie constraint spoja
Sljedea faza odvija se u modulu Mesh.U ovom modulu denira se tzv. Meshmreu,tj. mreu kvadratinih segmenata koji predstavljaju referentna polja koja registriraju
naprezanja unutar materijala. Veliina tih referentnih polja denira se opcijom Seed Part,
pod poljem approximate global size se upisuje eljeni broj, obino program sam ve
predloi vrijednost veliine polja koja je optimalna. Naravno ako se povea vrijednost
analiza e se bre izvriti, ali e zato njezina preciznost biti umanjena. Takoer, da bi
se mogla iscrtati referentna mrea potrebno je svaki dio uiniti neovisnim o ostalima,
opcijom uAssemblymoduluMake Independent.
U ovom zadatku koritena je vea vrijednost od preporuene iz razloga zbog
ogranienosti verzije programa.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
28/35
28
Slika 21. - Mesh mrea
Nakon mree slijedi faza postavljanja tereta i rubnih uvjeta. Postavljanje tereta odnosi
se na postavljanje uzroka ispitivanja, to znai da se postavlja tip tereta, koji je u ovom
zadatku deniran kao tlak, odnosno tlana sila, te se izabire mjesto djelovanja, tj.
stranicu na koju direktno djeluje sila i naposljetku nain rasporeda sile po povrini (je lijednoliko rasporeen) te njena vrijednost, to je prikazano na Slici 22.
Na Slici 21. prikazana jeMeshmrea.
Slika 22. - Postavljanje tereta
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
29/35
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
30/35
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
31/35
31
Slika 25. - Spektralni prikaz naprezanja
Poslije deniranja prikaza naprezanja postavljaju se uvjeti izrade dijagrama, odnosno
oznaavaju se toke koje e ulaziti u analizu, tj. izradu dijagrama. Pri izradi dijagrama
koristi se opcijaXYDatasa podopcijom ODB history output. U ovom dijelu se denira
polje koje ulazi u analizu, u ovom sluaju izraena su dva takva dijagrama gdje se kod
prvog analiziralo podruje pod djelovanjem ljepila (klapna za ljepljenje), a kod drugog
podruje najveeg naprezanja (crvena polja).
Ovom funkcijom mogue je izraditi dijagram koji prikazuje ponaanje referentnog
polja u smislu elastinosti, plastinosti, naprezanja, elektrostatinosti, elastinosti spoja
(obina, tangencijalna te ona na normali), kinetike energije itd.
Kod ovog zadatka promatrano je samo naprezanje cjelokupnog modela (Strain energy,
Articial strain energy), to se moe vidjeti i na Slici 26.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
32/35
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
33/35
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
34/35
34
9. Zakljuak
CAE softver je ve uvelike integriran u mnoge grane industrije kao recimo graevinskoj,
elektrinoj, strojarskoj, automobilskoj itd. No u ambalanoj industriji i to iskljuivo
u dijelu industrije kartonske ambalae se takav tip softverske podrke nalazi jou povojima iz razloga to se uglavnom od kartona izrauje ambalaa koja ima ulogu
prodaje veu nego ulogu zatite proizvoda. Pod time se misli da zatitna funkcija ima
ulogu samo da titi proizvod od vanjskih utjecaja, no ne i da izdri odreena naprezanja
na djelovanje sile ili pak otpornost na gibanje kroz uid. Stoga u tom podruju potreba za
takvim tipom softvera nema isplativost. No kada govorimo o specijaliziranom podruju
takve industrije, recimo kod proizvodnje transportne ambalae od valovite ljepenke,
staklene, polimerne ili pak vieslojne ambalae (npr. Tetrapack), gdje je primarna zadaa
ambalae zatita proizvoda, iskljuivo kada se govori o velikim masama, takav softvermoe uvelike olakati planiranje izrade takvog proizvoda, pogotovo jer se izrada takve
ambalae temelji na njenoj nosivosti, to se u takvom tipu softvera moe vrlo lako
izraunati. Stoga se moe zakljuiti kako je budunost takve tehnologije upravo u toj usko
specijaliziranoj proizvodnji, ija je primarna uloga funkcionalnost proizvoda. Takoer,
budunost je i u tome to upravo takvo osmiljavanje kutije prua veliku prednost, a to je
injenica da se virtualno moe odrediti kolika vrstoa kutije je potrebna da bi podnijela
odreeno optereenje, to znai da nije potrebno raditi prototipove i testirati ih, to
dovodi do utede vremena na planiranju proizvodnje, utede na materijalu te ouvanju
resursa.
-
7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel
35/35
top related