一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法技术

本发明专利技术提供一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法，属于有限元模拟技术领域，本发明专利技术提供了一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法和流程，克服了现有BOPP薄膜残余应力预测方法的不足，以结构力学为基础，同时考虑多物理场耦合分析，突破了以往只能分析流体属性的弊病，从而为高分子成型预测提供了新思路。使用该方法预测了实际生产中的BOPP薄膜残余应力，并依据预测结果对生产工艺进行了优化，提高了BOPP薄膜成型质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法


[0001]本专利技术涉及一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法，属于有限元模拟


技术介绍

[0002]塑料制品成型是工业中经常面临的问题，目前来看塑料制品成型会涉及到吹塑、拉伸、挤塑和注塑等等工艺过程，最终制造出需要的工业产品，从本质来说高分子热塑性材料在成型过程中来说是一种高分子链段的粘弹性，并且随着温度变化符合时温等效原理。高分子成型后产品质量要求注重外观和尺寸，同时减少残余应力，涉及到的因素非常多，是一种非线性系统，现场调试参数如果以正交实验进行势必会带来巨大的试错成本，现在一般依赖生产前的有限元仿真来预测成型质量。在有限元模拟计算中，所使用的各类机械、流动、热等物理性质需要依据材料的不同而建立对应的数学本构模型。从工业应用来看，塑料制品成型的模拟大都基于非线性流体力学方程建立材料的本构关系，模拟高分子熔融体在特定模具或者腔体内部的流动特征，包含温度、速度和压力等，基于两相流模型还可以分析内部可能产生的气泡和失效。然而并不是所有的物理过程都可以只通过分析流体力学方程就可以解决，因为高分子材料是一种介于流体和固体物理性质之间的材料，在BOPP薄膜拉伸过程中，高分子材料既可以理解为流体也可以理解为固体，但是要分析最终的残余应力就要基于固体力学理论去建立方程，而这一部分在高分子成型过程的应用还不成熟，专利中鲜有提及。专利CN201811508285.4橡胶注射冷流道设计与优化方法利用PRO/E软件对冷流道试验组进行三维设计，运用POLYFLOW软件对冷流道内橡胶流动过程中的压力场、速度场与剪切速率场进行模拟分析；根据所需制品要求对模拟结果建立评价体系；使用本申请方法，可以缩短橡胶注射冷流道的设计周期，且保证了冷流道设计的合理性和可靠性。但这个方法只能预测高分子材料在腔体内部的流动，但是无法知道材料应力的变化，尤其是当扩展到更低温度计算时的应用比较差。专利CN202210469273.5一种注塑件装配模拟分析方法，这个专利技术提出了注塑件装配仿真分析方法，通过仿真模拟注塑产品装配状态，对注塑产品装配状态变形尺寸进行准确预估，可准确预估注塑产品装配变形风险，可在开发阶段提前进行优化设计以规避注塑产品变形尺寸风险，提升注塑产品装配间隙、面差品质，防止注塑产品投产后因间隙、面差问题导致的修模整改及设计变更，减少了注塑产品整改次数，同时节约了修模费用，但是这种方法也是基于流体力学评价流动表面，无法评估残余应力，也就是不能考虑材料的粘弹性，这样残余应力后续造成的影响就无法评估。专利CN202011543659.3一种利用有限元模拟的塑料物理性质的参数优化方法阐述了基于有限元模拟来解决塑料成型过程质量评估的方法论，但是该方法只是大概评估了一些流程方法，并没有给出具体的解决方法，也不能解决有限元模拟面临的最基础的问题，能够在实际生产中应用的有限。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法，包括以下步骤：
[0004]步骤一、材料参数获取；
[0005](4)BOPP材料进行蠕变测试；
[0006](5)根据测试数据进行粘弹性参数拟合；
[0007](6)基于拟合的结果作为材料的本构输入；
[0008]步骤二、边界条件获取和模型仿真计算；
[0009](1)现场工艺参数条件进行获取；
[0010](2)转化为仿真边界条件；
[0011](3)基于有限元算法进行仿真计算；
[0012](4)得到工艺最后时刻的应力值。
[0013]优选地，步骤一中先测试特定单一温度下的BOPP薄膜的蠕变参数，并进行拟合得到单一温度下的粘弹性底层参数。
[0014]优选地，步骤一中再进行多点温度下的BOPP薄膜的蠕变参数测试，拟合不同温度下的粘弹性，形成底层参数和温度相关联。
[0015]优选地，步骤一最终形成基于高分子物理理论中maxwell或者burgers模型中模量E和粘度η与温度的关系，这种关系可以作为高分子材料高温下的力学本构。
[0016]优选地，步骤二中将现场工艺参数转化为仿真边界条件，首先是不同时刻下的温度条件，其次是不同时刻下的拉伸位移。
[0017]优选地，步骤二中基于有限元软件输入材料本构和边界条件，仿真计算得到不同时刻下的应力和应变的分布。
[0018]本专利技术提供了一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法和流程，克服了现有BOPP薄膜残余应力预测方法的不足，以结构力学为基础，同时考虑多物理场耦合分析，突破了以往只能分析流体属性的弊病，从而为高分子成型预测提供了新思路。使用该方法预测了实际生产中的BOPP薄膜残余应力，并依据预测结果对生产工艺进行了优化，提高了BOPP薄膜成型质量。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的技术方案流程示意图。
[0020]图2为145℃下BOPP薄膜样片拉伸蠕变测试和拟合结果图。
[0021]图3为150℃下BOPP薄膜样片拉伸蠕变测试和拟合结果图。
[0022]图4为152℃下BOPP薄膜样片拉伸蠕变测试和拟合结果图。
[0023]图5为不同温度下基础粘弹性参数的与温度关系的拟合图。
[0024]图6为根据拟合后的本构参数通过仿真和实验测试结果的对比图。
[0025]图7为根据拟合后的本构仿真BOPP拉伸工艺下的应力状态图。
[0026]图8为根据拟合后的本构仿真不同工艺下BOPP薄膜的平均应力曲线图。
具体实施方式
[0027]下面结合说明书附图对本专利技术作详细描述。
[0028]实施例1
[0029]1.现场获取拉伸工艺前BOPP材料的样片，在工艺范围内产生若干个温度点，选取一个温度点在TMA设备上进行蠕变测试，得到在一定时间范围内时间和应变的关系；
[0030]2.将数据导出，在matlab拟合工具箱中进行拟合，基于maxwell或者burgers原理得到了粘弹性基础参数的值，如图2至图4所示可以显示部分测试和拟合的结果；
[0031]3.测试不同温度下的蠕变数据，重复步骤1和步骤2，得到了不同温度下的粘弹性基础参数的值，而后再基于matlab拟合工具箱，将这些值和温度作为因变量和自变量进行拟合，这样就得到了BOPP薄膜材料的高温下的本构参数，如图5和图6所示。
[0032]仿真需要通过温度场和结构力学场有限元耦合计算得到应力结果，具体方式为：
[0033]4.现场获取工艺的边界的参数并转化为温度和位移随着时间变化的拟合条件；
[0034]5.将步骤一中的粘弹性本构输入，将温度和位移作为边界条件进行设定，平台基于comsol或者abaqus进行二次开发求解得到不同时间点下的应力和应变的结果，如图7和图8显示为有限元仿真的结果。
[0035]以上所述的实施例仅表达了对本专利技术优选实施方式，其描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、材料参数获取；(1)BOPP材料进行蠕变测试；(2)根据测试数据进行粘弹性参数拟合；(3)基于拟合的结果作为材料的本构输入；步骤二、边界条件获取和模型仿真计算；(1)现场工艺参数条件进行获取；(2)转化为仿真边界条件；(3)基于有限元算法进行仿真计算；(4)得到工艺最后时刻的应力值。2.根据权利要求1所述的一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法，其特征在于，步骤一中先测试特定单一温度下的BOPP薄膜的蠕变参数，并进行拟合得到单一温度下的粘弹性底层参数。3.根据权利要求2所述的一种利用有限元模拟的BOPP薄膜残余应力数据的预测方法，其特征在于，步骤一中再进行多点温度下的BOP...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永祥，许华冰，黄祥，杨韡，
申请(专利权)人：海仿上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：