3D模流与2.5D结构分析完美整合 薄件产品设计更精密



3D模流与2.5D结构分析完美整合 薄件产品设计更精密

薄壳塑料产品在成型过程中，会因成型条件及模具冷却条件等参数不够完善而产生内应力；设计人员若仅根据简单的强度信息进行设计，可能导致此设计的产品强度不足或严重翘曲。此外，也可能因为过高的安全系数，浪费了过多的材料或使产品结构复杂化，造成产品的开模成本随之增高。

针对射出成型产品的结构分析，目前2.5D的Shell网格技术已为汽车等制造产业广泛使用。然而在进行分析时，传统上都是将薄壳组件的材料性质作一简单的假设，未考虑塑件纤维排向分布及成型过程的温度、压力残留应力所造成的影响。这种简化的分析方式，普遍无法获得准确的结构分析结果。

若要能获得更精确的分析结果，设计人员首先必须借助模流分析软件，接着将模流分析所造成的影响结果导入结构分析软件，才能在结构分析时获得更周全的信息。但塑件射出成型的模流分析和结构分析在网格需求的层面并不相同。结构分析着重在应力集中区域的分析；模流分析则是注重厚度方向元素的分辨率，特别是接近产品表面的区域，因此它比结构分析需要更多种的元素及不同的网格密度。

为了解决长久以来在薄壳件上的网格处理问题，Moldex3D开发出3D Mapping Shell技术。透过Moldex3D的真实三维模拟技术，将3D模流分析数据转换输出到2.5D的Shell网格，不只分析速率快、效率高，且可获得精准的流动分析结果。Moldex3D FEA Interface提供3D Mapping Shell网格映像转换功能，用户只需将映像的数据与网格输出，再汇入CAE结构分析平台，即可进行进阶的结构分析。

如下列范例图标，用户透过3D Mapping Shell技术，可以将真实的3D模流分析结果转换至2.5D网格的结构分析模型（图1），再施于载重与边界条件（图2），即可得到位移与应力分布的结构分析结果 （图3～图4）。

图1　上图为Moldex3D在保压阶段的温度分布。下图为输出Moldex3D的结果后，在2.5D网格的结构分析的验证结果。

图2　设定在蓝色区域内，承受1 MPa 均匀载重，且边界条件为4边固定端。

图3　结构分析的位移分布图。

图4　结构分析的应力分布图。

由于3D模拟技术比2.5D更能获取贴近真实状况的分析结果，因此使用3D模流分析技术，已成为相关产业的主流趋势。而将模流与结构分析确实整合，产品设计者才能正确评估实际制程所造成的影响，而对产品质量有更好的掌握。《塑料制造》杂志介绍塑料行业重大科学研究成果、加工生产、实用新技术、新产品、栏目分为改性技术、加工应用、机械与设备新产品新工艺、研究与检测、专题专栏等，欢迎广大读者踊跃投搞。

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