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3D模流與2.5D結(jié)構(gòu)分析完美整合 薄件產(chǎn)品設(shè)計(jì)更精密

薄殼塑料產(chǎn)品在成型過程中，會(huì)因成型條件及模具冷卻條件等參數(shù)不夠完善而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；設(shè)計(jì)人員若僅根據(jù)簡單的強(qiáng)度信息進(jìn)行設(shè)計(jì)，可能導(dǎo)致此設(shè)計(jì)的產(chǎn)品強(qiáng)度不足或嚴(yán)重翹曲。此外，也可能因?yàn)檫^高的安全系數(shù)，浪費(fèi)了過多的材料或使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，造成產(chǎn)品的開模成本隨之增高。

針對(duì)射出成型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析，目前2.5D的Shell網(wǎng)格技術(shù)已為汽車等制造產(chǎn)業(yè)廣泛使用。然而在進(jìn)行分析時(shí)，傳統(tǒng)上都是將薄殼組件的材料性質(zhì)作一簡單的假設(shè)，未考慮塑件纖維排向分布及成型過程的溫度、壓力殘留應(yīng)力所造成的影響。這種簡化的分析方式，普遍無法獲得準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。

若要能獲得更精確的分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員首先必須借助模流分析軟件，接著將模流分析所造成的影響結(jié)果導(dǎo)入結(jié)構(gòu)分析軟件，才能在結(jié)構(gòu)分析時(shí)獲得更周全的信息。但塑件射出成型的模流分析和結(jié)構(gòu)分析在網(wǎng)格需求的層面并不相同。結(jié)構(gòu)分析著重在應(yīng)力集中區(qū)域的分析；模流分析則是注重厚度方向元素的分辨率，特別是接近產(chǎn)品表面的區(qū)域，因此它比結(jié)構(gòu)分析需要更多種的元素及不同的網(wǎng)格密度。

為了解決長久以來在薄殼件上的網(wǎng)格處理問題，Moldex3D開發(fā)出3D Mapping Shell技術(shù)。透過Moldex3D的真實(shí)三維模擬技術(shù)，將3D模流分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出到2.5D的Shell網(wǎng)格，不只分析速率快、效率高，且可獲得精準(zhǔn)的流動(dòng)分析結(jié)果。Moldex3D FEA Interface提供3D Mapping Shell網(wǎng)格映像轉(zhuǎn)換功能，用戶只需將映像的數(shù)據(jù)與網(wǎng)格輸出，再匯入CAE結(jié)構(gòu)分析平臺(tái)，即可進(jìn)行進(jìn)階的結(jié)構(gòu)分析。

如下列范例圖標(biāo)，用戶透過3D Mapping Shell技術(shù)，可以將真實(shí)的3D模流分析結(jié)果轉(zhuǎn)換至2.5D網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)分析模型（圖1），再施于載重與邊界條件（圖2），即可得到位移與應(yīng)力分布的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果 （圖3～圖4）。

圖1　上圖為Moldex3D在保壓階段的溫度分布。下圖為輸出Moldex3D的結(jié)果后，在2.5D網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)分析的驗(yàn)證結(jié)果。

圖2　設(shè)定在藍(lán)色區(qū)域內(nèi)，承受1 MPa 均勻載重，且邊界條件為4邊固定端。

圖3　結(jié)構(gòu)分析的位移分布圖。

圖4　結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)力分布圖。

由于3D模擬技術(shù)比2.5D更能獲取貼近真實(shí)狀況的分析結(jié)果，因此使用3D模流分析技術(shù)，已成為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的主流趨勢(shì)。而將模流與結(jié)構(gòu)分析確實(shí)整合，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者才能正確評(píng)估實(shí)際制程所造成的影響，而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有更好的掌握。《塑料制造》雜志介紹塑料行業(yè)重大科學(xué)研究成果、加工生產(chǎn)、實(shí)用新技術(shù)、新產(chǎn)品、欄目分為改性技術(shù)、加工應(yīng)用、機(jī)械與設(shè)備新產(chǎn)品新工藝、研究與檢測、專題專欄等，歡迎廣大讀者踴躍投搞。

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