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三维实体网格模流分析介绍及应用

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发表于 2011-6-4 09:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
摘要:由于塑料射出产品大多为薄壳产品,因此在模流分析上多使用薄壳模型(shell model)并指定厚度;或用STL格式模型,再依薄壳理论分析之。但由于薄壳理论的简化太多,在先天有诸多的限制,无法完全仿真塑料流动上的的所有现象;再加上部份的塑料件实为粗厚件,其厚度已超出薄壳理论的范围,且网格厚度定义不易,种种的误差累积可能会使分析结果的参考性变低。新一代的三维模流分析技术,使用三度空间的实体元素,不需做任何厚度的假设;再加上统御方程式不做任何的减化。可忠实的表现出所有塑料流动上的现象,其参考性也大为提高。本文即藉由Moldex3D以及数个实际案例来说明三维模流分析技术的优异性能。 4 C3 W  `& ]2 h! ]: K- j+ G* C
关键词 : 三维模流分析、Moldex3D、shell model、薄壳理论
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5 d- K6 c6 J- Q一、 案例 9 S9 Y3 [0 C: p- `, r+ C

# A/ T! j+ N. P$ ^. `% G) Z1 T因为使用实际3D理论来求解,因此对于塑料射出的应用不再局限于薄壳件,应用的范围更为广泛,且所得到的结果更为准确,在此列举连结器─如图1及图2所示、手机上盖─如图3及图4所示的实际短射与Moldex3D分析结果比较以供参考。下文中并将列举不同案例以说明3D模流分析在实际产品上的应用。; h, @  \1 n# b, x* D% }3 r
A.喷流现象 % l2 y6 C' d0 k% |6 V: U) b

" y- p) k, Z% O! A+ S9 v4 G) B非薄壳件的一个常见的流动现象为喷流(jetting),通常这种现象会在成品表面留下皱折的痕迹。以薄壳理论为基础的mid-plane及STL 网格对于这种肇因于厚件及高射速的流动现象均无法做正确的仿真。本案例的几何如图5; 一模四穴含流道的体积约为635c.c., 充填时间为5秒,每一穴的每秒流率约为32c.c.,对一般射出而言并不算高速,但因为本案例几何造形不属于薄壳件,如此射速已足以让熔胶突出模壁表面,依此即可预测此处将有熔胶皱折的喷流现象产生。分析结果如图6。
" z, `8 W, @, IB. 变形扭曲
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本案例为一电子产品的传动齿条,几何形状如图7。此产品的主要扭曲原因是来自于斜向齿形的排列。以薄壳网格来建立本模型的话,不容易正确的表达齿形特征; 三维网格则无此限制。三维网格产生如图8。图9则为放大四十倍的变形扭曲情形。

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C. 纤维配向 : j( F8 z- w/ {/ T* |' k
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为了增加产品的机械强度,在塑料中加入纤维已是一个非常普遍的做法。但在强度增加的同时,却也往往会有不等向收缩的问题发生。通常如果纤维配向性越高,则不等向收缩变形的问题会越严重。解决的办法通常是尽量把纤维的配向打乱,然而纤维配向的预测向来是薄壳理论分析较弱的一环;而立体的3D网格则可不受此限。本案例为一机车的后把手,几何形状如图10。实体网格则如图11。由图12的纤维配向仿真结果可看出有明显的配向,业者即可则可参考此图来重新选择进胶口位置。

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