Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學

本節教學提供簡單但從最開始的操作流程來完成一纖維分析項目,并藉此讓用戶對此模塊的功能與操作流程有大致的了解。主要分成兩個部分:準備模型與準備分析。

此教學所涉及到的所有功能皆如下所列,而更詳盡的功能介紹及參數定義則請參考先前包含所有功能介紹的章節。

本章教材所涵蓋的功能如下表所列:

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1. 模型準備 (Prepare Model)

開啟 Moldex3D Studio 并在主頁簽點選 新增 ,以使用者指定的名稱 [MDXProject_Fiber ]與位置 [默認路徑] 建立新項目,即可使用更多功能與頁簽,在解決方案選擇制程為 射出成型 ,并將網格選擇 Solid。

開始準備模型,本例網格(MFE) 請用此連結下載,為一單口進澆的射出成型連接器的模型。在主頁簽中的模型簽中點選 匯入網格 ,并選取模型所需匯入的網格檔案 [Moldex3D_IM_Fiber.MFE],選擇檔案后按下 確認 ,塑件以及流道的網格模型即會匯入并顯示在顯示窗口中。

Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖2

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖4

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2. 分析準備 (材料精靈 加工條件)

回到主頁簽,匯入模型后功能會依據設定流程逐步解開。點選 材料 展開材料樹形圖后從 EM#1 下拉選單中選取 材料精靈 即會開啟 Moldex3D 的材料庫。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖7

在材料精靈中,切換到 搜尋 版面,找到適當的材料 (PA6>Ultramid),并勾選填料類型(共七種)。選擇需要的 纖維含量 (15%) 及 填料類型(Glass 纖維),按下 搜尋 后,就會出現適合材料;這時在點擊 材料,即可看到相關纖維信息。

以鼠標右鍵點選即可開啟選單,并點選加入項目于項目中使用 (會詢問是否要加入自定義數據庫,選擇不會影響此次教程)。關閉材料精靈后,即可在材料樹形圖中看到該材料的檔案已被匯入該組別。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖11

Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖12

Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖13透過點選主頁簽中的 成型條件 開啟 加工精靈,透過加工精靈可以調整預設的成型條件參數;在第一個分頁(項目設定頁簽) 中描述模擬方式與成型情境,將 最大射壓壓力 及 最大保壓壓力設為 200MPa,更改原因主要是含纖材料,纖維量越高,那么相對的成型壓力就會較大,點擊 下一步。于 充填/保壓設定 頁簽中,使用預設參數進行設定,若需要更改條件,只須點擊后即可更改。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖15

在 冷卻設定 頁簽中,使用預設參數進行設定,接著點 下一步 至項目摘要頁簽,該處會詳列并供檢視所有成型條件精靈中重要參數的設定。確認完成型條件設定參數之后,點選 完成 后并點選按 確認 離開成型條件精靈。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖17

3. 計算參數設定 (Set Computation Parameters)

在計算參數的充填/保壓/冷卻/翹曲或其他標簽中設定成型參數時,只要有選擇纖維強化材料,在 充填/保壓 標簽中的 執行纖維配向分析 選項就會默認為自動開啟,會計算纖維在重填成型時期排項受到影響的變化。另外,在 翹曲 標簽中勾選考慮纖維配向效應 (否則會假設纖維凌亂配向),有三種微觀力學模型可以選擇:傳統復合模型、Halpin-Tsai模型 及 Mori-Tanaka模型 。使用默認 Mori-Tanaka 模型 用作計算器械性質,這是一個完全由理論建構,并且由于其在試模時的良好的泛用性及適用性,是較為推薦的選項。

: 纖維參數可在計算參數的 充填/保壓 (Flow/Pack) 卷標中的 進階選項 (Advanced Options) 中進行設定。用戶可在此指定纖維型態為 短纖 或 長纖,設置相關參數。此外這里提供三個方法以提升短或長纖維強化材料的纖維配向準確性:Jeffery Hydrodynamics;Rotary DiffusionFiber-Matrix Interaction。 但是,如果材料的纖維數據有設定 加密 ,則無法使用以上三個方法。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖19

設定完計算參數之后,在分析序列中選擇 射出分析 F P W (本例因為沒有冷卻系統模型,故無法加入冷卻分析,實際可見其他內容執行來提高模擬的準確性)。到此主頁前到分析前的所有功能皆已完成 (亦可在項目樹中確認到)。點即 開始分析,Moldex3D 即會呼叫 計算管理員 并將工作 提交 給求解器。待進度全部 100% 時候,就會將所有結果會回 Studio。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖21

4. 結果解釋 (Result Interpretations)

在結果分析中,充填分析可以看到 纖維配向(皮層) 及 纖維配向 ,纖維配向(皮層)指的是塑件表層配向,此配向值因為靠近模壁高剪切流動區,因此被流場剪切配向的情形較為明顯.。

射出成型過程中流體是當作懸浮液體輸送到膜腔內,流道的不同也會造成方向性的差異,流道上主要分為發散流道及收斂流道兩種形式。在流動結果中,藉由纖維配向及剖面功能,能清晰了解纖維整體分布,由下圖來看,此次模擬流道屬于收斂型流道,在進入產品時,整體纖維排向會較整齊。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖23

纖維配向為主要是部件纖維中的三圍分布,利用 剖面 功能,我們可以更清楚結果細節,一般在射出成型中,會分為 固化層/核心層/剪切層 三種,從模擬結果中,選擇中部區域作為觀察點,下圖可以看到纖維排向有明顯的分層行為,與理論對應,分別為核心層、剪切層及固化層。之所以會出現這個現象主要原因為:核心層 會有最高的流動速度,此處的纖維相對混亂的,而夾在兩層中央的區域,稱之為 剪切層,因其產生相對較高的剪切率,進而使這層的纖維配向都被拉動的相當整齊,固化層則接近塑件表面,它的熱能散失最快,會出現流動減速,甚至固化的情況。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖25

翹曲結果中,在產品中加入纖維,能使整體產品機械性質提升,以及改善整體翹曲問題。纖維配向位移 凌亂纖維配向效應位移,兩者代表著纖維效應對于產品的影響。纖維配向位移代表非等向性的纖維排向影響,凌亂纖維配向效應位移則假設模穴內纖維配向為完全凌亂狀態下,塑件變形在該方向的位移。可用來比對真實纖維配向的變形值以及檢驗纖維配向導致的材料非等向性對變形的效應;由下圖來看,凌亂纖維及纖維配向兩者趨勢相同(頭尾皆是最嚴重,中間最弱),但凌亂纖維因為假設纖維完全凌亂的狀態下,所以在最終結果來看,整體位移提升,從而使翹曲結果變嚴重。

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Moldex3D模流分析之纖維的快速范例教學的圖27

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