Abaqus/Standard 是一个通用的分析?？?，它能够求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静力，动力，热和电响应问题，但是它所采用的隐式分析程序中，材料的退化和失效却常常导致严重的收敛困难，使得分析难以进行下去。而 Abaqus/Explicit 能够很好地解决这个问题，其材料刚度能够退化并且一直降低到零在这期间中，单元从模型中被完全的删除掉，恰当地与实际情况相符合。鉴于此，在结合应用Abaqus/Standard 和 Explicit 计算分析的基础上，本文阐述了模拟塑料制泡沫产生器在启动过程中材料失效的问题。

有限元模型建立

该模型由内腔，外腔，轴/螺栓，叶轮构成。有限元模型主要由六面体和四边形组成。如图一所示：

图一 有限元模型

二 材料模型

本文中的材料模型采用带有损伤失效参数的完全非线性材料，当由于载荷作用而使得内腔壁裂纹萌生并扩展以致撕裂时，失效单元被删除。

图二 材料模型

三 工况描述

工况一：应用 Abaqus/Standard 模拟装配应力。

通过应用 Abaqus/Standard 提供的 Shrink 功能，模拟零件之间的装配关系。其输出结果包含有接触力位移，应力和应变等，供第二步使用。

工况二：应用 Abaqus/Explicit 模拟材料破坏失效过程。启用 Abaqus 的 Restart 功能，调用工况一的结果，用 Abaqus/Explicit 模拟材料破坏失效过程。

Abaqus 的重启动分析，允许重新启动一个模拟并计算模型关于新增载荷历史的响应。其所用的模型必须与在原始分析中到达重启动时刻所用的模型一致。即:重启动分析的模型不能修改或者增加任何已经在原始分析模型中定义过的几何体、网格、材料、截面、材料方向、相互作用性质或者约束；不能修改在重启动位置当时或者之前的任何分析步、载荷、边界条件、场或者相互作用。

四 结果分析

本分析中客户关心的问题主要有：1，尽可能小的载荷作用力下材料是否被均匀撕裂(以便实现及时地按比例产生泡沫)；2，螺栓力矩的大小。

本文基于六套优化设计求解计算，即一个baseline和五个 Iteration。如表一所示：

表一：优化设计过程及对应分析结果简介

图4给出了 Iteration5 中材料破坏过程(从裂纹萌生开始至裂纹扩展以至于材料被完全撕裂)。

图3 混合腔壁材料失效过程(单元删除)

这里也给出各个设计计算工况下的螺栓力曲线图：

图 4 螺栓力

五 结论：

1. 软件 Abaqus/Standard 和/Explicit 可以较好地实现客户要求解决的问题；

2. 由分析计算可知，在 Iteration5 计算中，该塑料制泡沫产生混合器在扭矩为 3.4N.m，内腔薄壁处厚度为 0.5mm 时被均匀撕裂，撕裂长度约为 70%，能够实现所盛装配料的混合以顺利产生泡沫，较好地满足产品使用要求。

资料来源：达索官方