z607 laginja emanuel

7/26/2019 Z607 Laginja Emanuel

1/35

SVEUIITE U ZAGEBUGRFIKI FAKUTET

ZAVNI RD

EMANUE LGINJA


2/35

Smjer: tehniko - tehnoloki

ZAVRNI RADSIMULACIJA ISPITIVANJA MATERIJALA

ZA IZRADU AMBALAE

Mentor: Student:doc. dr. sc. Dubravko Bani Emanuel Laginja

Zagreb, 2015.


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


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


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)


6/35


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).


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...)


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.


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)


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)


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


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)


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


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]


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]


17/35


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]


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.


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]


21/35


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



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]


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]


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


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.


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.


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.


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


29/35


30/35


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.


32/35


33/35


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.


35/35

z607 laginja emanuel

Documents