3D模流與2.5D結構分析完美整合 薄件產品設計更精密

薄殼塑膠產品在成型過程中,會因成型條件及模具冷卻條件等參數不夠完善而產生內應力;設計人員若僅根據簡單的強度資訊進行設計,可能導致此設計的產品強度不足或嚴重翹曲。此外,也可能因為過高的安全係數,浪費了過多的材料或使產品結構複雜化,造成產品的開模成本隨之增高。

針對射出成型產品的結構分析,目前2.5D的Shell網格技術已為汽車等製造產業廣泛使用。然而在進行分析時,傳統上都是將薄殼元件的材料性質作一簡單的假設,未考慮塑件纖維排向分佈及成型過程的溫度、壓力殘留應力所造成的影響。這種簡化的分析方式,普遍無法獲得準確的結構分析結果。

若要能獲得更精確的分析結果,設計人員首先必須借助模流分析軟體,接著將模流分析所造成的影響結果導入結構分析軟體,才能在結構分析時獲得更周全的資訊。但塑件射出成型的模流分析和結構分析在網格需求的層面並不相同。結構分析著重在應力集中區域的分析;模流分析則是注重厚度方向元素的解析度,特別是接近產品表面的區域,因此它比結構分析需要更多種的元素及不同的網格密度。

為了解決長久以來在薄殼件上的網格處理問題,Moldex3D開發出3D Mapping Shell技術。透過Moldex3D的真實三維模擬技術,將3D模流分析資料轉換輸出到2.5D的Shell網格,不只分析速度快、效率高,且可獲得精準的流動分析結果。Moldex3D  FEA Interface提供3D Mapping Shell網格映射轉換功能,使用者只需將映射的資料與網格輸出,再匯入CAE結構分析平台,即可進行進階的結構分析。

如下列範例圖示,使用者透過3D Mapping Shell技術,可以將真實的3D模流分析結果轉換至2.5D網格的結構分析模型(圖一),再施於載重與邊界條件(圖二),即可得到位移與應力分佈的結構分析結果 (圖三~圖四)。

moldex3d-links-3d-mold-filling-simulation-and-2-5d-structural-analysis-to-build-high-precision-thin-shell-parts-1 moldex3d-links-3d-mold-filling-simulation-and-2-5d-structural-analysis-to-build-high-precision-thin-shell-parts-2
圖一 左圖為Moldex3D在保壓階段的溫度分佈。右圖為輸出Moldex3D的結果後,在2.5D網格的結構分析的驗證結果
moldex3d-links-3d-mold-filling-simulation-and-2-5d-structural-analysis-to-build-high-precision-thin-shell-parts-3圖二 設定在藍色區域內,承受1 MPa 均勻載重,且邊界條件為4邊固定端
moldex3d-links-3d-mold-filling-simulation-and-2-5d-structural-analysis-to-build-high-precision-thin-shell-parts-4圖三 結構分析的位移分佈圖
moldex3d-links-3d-mold-filling-simulation-and-2-5d-structural-analysis-to-build-high-precision-thin-shell-parts-5圖四 結構分析的應力分佈圖

由於3D模擬技術比2.5D更能獲取貼近真實狀況的分析結果,因此使用3D模流分析技術,已成為相關產業的主流趨勢。而將模流與結構分析確實整合,產品設計者才能正確評估實際製程所造成的影響,而對產品品質有更好的掌握。


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