吹瓶——一个瓶子遇到消费者之前的故事
（以上图片来自百度图片）
从生产过程上来说，消费者在饮用某种饮料之前，“饮料”这个产品需要经历：注胚、吹瓶、贴标、灌装、封盖、次级包装、堆垛仓储、货运、上架等过程。我们今天以广泛应用于饮料瓶体生产的PET瓶胚吹塑过程进行讨论。
本文的瓶体分析原型源自：娃哈哈集团模具与包装研究所提供的“营养快线”的瓶体几何模型，在此声明对娃哈哈集团的感谢！笔者参观过娃哈哈模具与包装研究所，进门首先映入眼帘的是各种精密的模具零部件，以及精磨抛光后的吹塑模具，用料考究（闪闪发亮），设计精密。现在想起来也不禁赞叹娃哈哈在产品研发上的投入！
（以上图片来自百度图片）
现在我们开始从一步一步完成该瓶体（营养快线）的吹瓶分析：
通过Abaqus/CAE 界面上菜单： File->Import->Part 导入瓶胚的几何模型。
瓶胚以及其剖面的几何模型如下图所示，导入的几何模型为实体模型，在吹塑分析中，我们可以通过提取中面的方法，用壳单元建模的方法降低计算量。（瓶胚一般包含拧紧螺纹，且在吹瓶过程中瓶口部位材料变形不大，为了简化模型，实际仿真分析一般会隐掉瓶口螺纹）
通过以上剖面图我们可以看到，整个瓶胚截面是非均厚的，所以为了精确起见需要手动对瓶胚几何进行切分，然后再分区提取中面。随着软件版本的功能更新，可能可以实现对于非均厚剖面的瓶胚实现一键抽中面。（这里可以插一句：制约我们功能实现的最大障碍可能是我们的局限的想象力）
以上为按厚度区域简单手工切分并抽中面后的瓶胚壳结构几何，不同颜色区域代表不同的厚度分布。
然后用同样的方法导入瓶体设计几何文件，并与瓶胚模型装配到一起。
上图中蓝色部分为顶杆，这里需要介绍一下：由于PET材质在加热后韧性较大，为了得到理想的最终瓶体，采用PET材质的瓶体生产过程通常采用顶吹工艺。先把瓶胚加热，然后顶杆向下顶瓶胚使其拉伸，同时顶杆上的吹起孔会放出高压气体，通过气体膨胀是延展后的瓶胚外壁直接胀压到瓶体模具内壁上，然后继续保压并逐渐降低模具温度是瓶胚最终吹塑形态固定，最后取出最终瓶体为后续贴标、灌装等生产过程做好准备。
模型相对位置搭建好之后，在Abaqus/CAE界面跳转到Property模块，进行相应的材料定义。一般吹瓶受热状态的瓶胚材料类似于超弹性材料，这里对具体材料参数不做具体标识。（Abaqus提供非常丰富的材料模型，满足仿真建模需要）
然后应用建立的材料参数生成壳材料属性截面（Material Section ）并附材料属性给瓶胚。
下面一步就需要定义瓶体、瓶胚、顶杆等的边界条件。以及接触设置，这里要声明一下定义瓶体接触面时要选外表面最外侧最为接触面，否则可能造成瓶胚最终吹塑结果尺寸上比原始设计少瓶体壁面厚度，这样吹出来的瓶体会稍微厚一点。
最终，吹塑分析的网格模型如上图所示。提交分析计算，观察分析结果。本模型可以通过调整顶杆下移速度、顶杆吹气速度、瓶胚与模具的摩擦系数、顶杆与瓶胚的摩擦系数等方法实现参数敏感性分析，通过调整各参数（包含瓶胚材料参数）实现仿真模型与物理模型统一，在今后相同工艺相同材料的条件下就可实现从CAD设计到现实仿真，最终验证设计是否满足要求。
对于包装分析而言，吹塑分析是整个瓶体分析的基础：
通过吹塑分析我们可以得到瓶体质量（g；用于计算物料成本）、灌装液面高度、瓶体厚度分布（计算气体渗透、保质期，如碳酸、果汁类饮料）、瓶体各项力学性能（挤压回弹、抗顶压能力；当然也可以通过Isight参数优化各部尺寸或者通过Tosca实现尺寸优化其瓶壁上的凹凸纹理，进而实现瓶体的优化设计）。通过吹塑仿真我们还可以得到瓶体厚度分布数据文件，格式如：（x, y, z, thickness），厚度分布数据是分析瓶体各项性能指标的基础。
Abaqus与Python无缝集成，用户可以通过编写Python脚本实现提取各项数据或者对计算结果做后处理，从而得到各种所需的结果数据、图像、动画等。
作者：赵洪鑫
来源包装的现实仿真
