Veryst结合了材料测试和模拟的可靠结果

2019年3月11日

当今市场的成功归结为开发可靠的产品,这些产品在适当的时间内按预期工作和启动它们。乐动体育app无法登录与其他许多其他公司一样,非常工程发现,仿真是一种有效的工具,可以在产品内部寻找产品,并确保设计在原型或制造之前满足规格。为此工作,模拟必须匹配真实世界的反应,并了解物质行为发挥着核心作用。然而,并非所有材料都表现得可预测。

聚合物提供保护,其他材料不能

聚合物材料通常用于必须安全地承受冲击载荷的组分或通过用作能量吸收剂/载荷分子来保护其他装置。根据这篇论文“聚合物的高应变率表征“根据C.R. Siviour的研究,聚合物要么用于可接受塑性变形的一次性事件,要么用于聚合物必须恢复其原始尺寸和性能的重复加载。

在重复载荷后,利用聚合物材料恢复正常的能力的一个组分是蠕动泵。这种泵通常在高风险用例中发现,其中安全性和寿命优先考虑并涉及通过系统泵送无菌,清洁或侵蚀性流体。蠕动泵设计成避免彼此曝光流体和泵部分:流体通过一组辊通过聚合物管被推开,并且从未与管子接触。

蠕动泵的照片,可以设计有材料测试和仿真。
一种蠕动泵,含有管中的透明液体。已经去除外壳以显示泵组件。

例如,在医院环境中,静脉输液通过输液器时保持无菌是至关重要的,在心脏搭桥手术中,通过心肺机循环的血液不能受到污染。蠕动泵也有助于保护消费者的健康,因为它们经常用于饮料和肥皂分配器。在其他某些情况下,流体更有可能伤害泵而不是反过来。例如,腐蚀性的化学物质或矿浆会迅速腐蚀任何金属部件,除非它们被安全地包含在聚合物管中。

众所周知,聚合物材料适合用于蠕动泵管,但这并不保证任何给定的设计将是成功的。与往常一样,在进入开发和生产阶段之前,测试并预测最终产品或系统的性能是一个好主意。用例风险越高,在设计阶段的测试就越重要。

我们度过了一天的一天,他们在学习他们如何结合材料测试和仿真时 - 并制作了一个视频,以便您也可以直接收到它们。

非线性是福也是祸

在设计蠕动泵时,需要考虑以下几个方面:

  • 辊和管之间的相互作用
  • 变形量和影响管材料的变形量

作为咨询公司的工程师非常工程要知道,当管道被压缩以推动流体通过系统时,会有很大的变形,而且由于泵送反复发生,最终可能会导致材料疲劳。为了帮助客户在设计阶段避免这个问题,Veryst很自然地转向模拟。

他们喜欢模拟的一个原因是它可以随着时间的推移提供洞察力的性能,因此它们可以检查设计是否在规格中。In the case of the peristaltic pump, Veryst set out to look at stresses in the tube to make sure it can survive a million cycles, as well as shear stresses in the flow — some fluids can take high shear stress (e.g., water), while others cannot (e.g., blood). They also aimed to come up with ways to reduce fluctuation in the flow.

蠕动泵几何形状的图象。
蠕动泵的几何形状。

在任何仿真中,要获得几何,边界条件和网格很重要。熟练的模拟工程师可以做到所有这些。但是,获得准确和可靠的结果还需要了解所涉及的材料的行为。这是从他们的袖子中拉出另一个ace的地方:他们有一个材料测试实验室现场。驾驶顺畅,对吗?不是那么快。

聚合物是有用的,因为它们的非线性材料性能允许它们在重复的载荷后恢复正常,但由于此,它们也难以测试。根据这一点C.R. Siviour的论文“以高速率执行聚合物行为的测量可能是具有挑战性的,并且使它们具有有用的挑战的性质是有挑战性的。本文还指出,试验需要足够高的采集速度来表征试样对高速变形的结构响应;高速摄影和X射线衍射是相关方法,而热成像难以。人们可能会说非线性是祝福和诅咒。

是时候让模拟工程师和测试工程师联合起来了。

下降和拉动测试导致材料模型

在Wests上,测试工程师执行拉动测试,以获得深入了解聚合物管的材料行为,并最终为模拟工程师提供用于模拟的材料模型。Sean Teller是一位专注于物质行为的高级工程师,通过测试来浏览我们。

拉动试验

拉动试验是用于材料的慢速张力测试的循环试验(在这种情况下蠕动泵管)。它最终显示了材料如何在低菌株和高菌株和应力下表现。

为了制备拉伸试验的材料,非常将管子脱落,将其切断中间,打出狗骨样品,并为数字图像相关(DIC)系统增加了黑白散斑图案。that’s used for measuring the strain.

下面是Teller对拉力测试的解释:

跌落试验

跌落试验用于高分子材料的高强度拉伸和压缩试验。高分子材料具有与应变率相关的材料响应,因此需要进行高速率测试来充分表征这些材料。5 .这个理论很简单,但实践起来很复杂,很难分析。

IST的设置包括一个高速摄像机系统,提供了用于研究材料的高速响应的富速数据,以便校准并模拟其模型中的这些材料。这是出纳员解释了下降测试:

准备,设置,模拟

该测试提供了材料的应力 - 应变响应,以及数据,来自数据,创建了一种可用于模拟的材料模型。通过将模拟专业知识与准确的材料模型相结合,然后能够模拟蠕动泵中不同材料之间的接触,流体和所有相互作用。

在这一点上,值得记住的是蠕动泵的行为是复杂的。液体可以真的影响实体,反之亦然 - 它是一种强烈耦合的流体结构相互作用(FSI)问题。你不能忽视流体或固体;你必须考虑两者。另外,流体域被挤压到几乎灭绝的点,这意味着网格可以容易地变得太扭曲​​。

在将双手放在材料模型之后,模拟工程师转向COMSOLMultibySics®软件,以获得内部查看蠕动泵行为。作为Nagi Elabbasi,主要的工程师和仿真专家,说:“Comsol在提供整体求解器或完全耦合的求解器”方面是独一无二的,以解决强烈耦合的FSI问题。用于控制网格运动的内置功能也可以方便地实现,防止网格中的太多失真。

用Comsol Multiphysics创建的网状蠕动泵模型的动画。

在COMSOL Multiphysics中创建的蠕动泵的FSI模拟图像。
COMSOL多发性创建的蠕动泵的FSI模拟。

最后,Veryst能够生成准确可靠的模拟结果,并根据客户的规格优化蠕动泵的设计。


评论(4)

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Ilias papagiannis.
2019年6月17日

很好的文章!有什么办法可以让我得到项目文件或类似的东西吗?提前谢谢!

Fanny Griesmer
2019年6月17日

你好,伊利亚斯,

感谢您的反馈意见。

此处显示的模型是由Inginersting开发的(//dvdachetez.com/certified-consultants/veryst)。我建议联系他们或者阅读他们写的关于这个项目的论文://dvdachetez.com/paper/fluid-structure-interaction-analysis-of-a-peristaltic-pump-11574

您还可以在应用程序库中找到类似的模型://dvdachetez.com/model/peristaltic-pump-985

希望这可以帮助,

金伯利厨师巧克力
金伯利厨师巧克力
2020年7月14日

您是否有任何COMSOL示例,显示您必须在压缩负载下陶瓷材料失败时显示的边界条件?当陶瓷气缸发生故障时,我的模型不显示,即负荷不断增加,压力和应变保持不断增加,超出实际材料的最终和屈服强度。

李建东杨
李建东杨
2020年12月10日

好工作!谢谢!
我对移动的啮合设置感到好奇。你是如何设置变形网格的?

非常感谢你!

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