應(yīng)力分析簡介

應(yīng)力分析是CAE應(yīng)用中最重要的模擬分析之一。材料與結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與應(yīng)變是在一些邊界條件（Boundary Condition, B.C.）下計(jì)算，例如：力、負(fù)載及位移。使用應(yīng)力分析，可了解在一定的外力如溫度或位移等情況下，產(chǎn)品機(jī)械行為如變形或強(qiáng)度等，將如何變化。塑料產(chǎn)品的機(jī)械行為不僅取決于材料的機(jī)械性質(zhì)，也大幅受到制造過程的影響。在射出成型塑件中，因射出過程而產(chǎn)生的一些現(xiàn)象或缺陷，應(yīng)在后續(xù)的應(yīng)力分析中加以考慮與估算。這些現(xiàn)象或缺陷包含所謂的流動(dòng)殘留應(yīng)力（例如：纖維配向效果、分子配向效果等）、熱殘留應(yīng)力、縫合線、翹曲等等。塑料產(chǎn)品的應(yīng)力分析若不考慮制程引發(fā)的因素，將無法產(chǎn)生正確的分析結(jié)果。

Moldex3D提供Moldex3D應(yīng)力分析模塊，能考慮與計(jì)算上述由制程引發(fā)之因素，也提供型芯偏移與模座變形分析，能模擬塑件嵌件（或模具嵌件）與模座組件在充填時(shí)因壓力不平衡所造成的偏移。由于同時(shí)考慮型芯偏移、模穴與模座網(wǎng)格的變形結(jié)果，因此能準(zhǔn)確預(yù)測在成型制程中嵌件的偏移問題，更全面評估具塑件嵌件的模型充填條件設(shè)定。這些分析結(jié)果能決定最佳澆口位置與射壓，以減少模仁的移動(dòng)并強(qiáng)化型芯偏移的控制。當(dāng)應(yīng)力與變形的分析結(jié)果是在不同的成型條件下，模座組件將會列入考慮之中，進(jìn)而能改善模具結(jié)構(gòu)以減少變形程度。

Moldex3D應(yīng)力分析模塊功能導(dǎo)覽

Moldex3D應(yīng)力分析模塊能讓用戶在射出成型分析之前或之后立即執(zhí)行線性應(yīng)力分析。應(yīng)力分析不需要其他分析結(jié)果即可執(zhí)行。然而，如果有其他分析結(jié)果，一些數(shù)據(jù)如流動(dòng)殘留應(yīng)力等能在應(yīng)力分析中被考慮為初始內(nèi)應(yīng)力。Moldex3D應(yīng)力分析模塊提供三種穩(wěn)態(tài)邊界條件的類型：力、壓力及位移。

針對型芯偏移，Moldex3D能讓使用者快速且準(zhǔn)確分析不同組件的交互行為，進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。如要分析型芯偏移問題，有兩種計(jì)算方法：一是單向，另一則是雙向（FSI，流固耦合），能模擬真實(shí)的型芯變形情形。此外，嵌件與熔膠之間的接觸區(qū)域、嵌件與流動(dòng)路徑的配置皆能進(jìn)行評估，以衡量變形結(jié)果。注意：如要執(zhí)行雙向流固耦合分析，必須有應(yīng)力分析模塊的授權(quán)。

針對模座變形，Moldex3D協(xié)助用戶建立所有模具組件，并準(zhǔn)確分析不同塑件的影響。此模塊能從不同的成型條件與模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮充填階段時(shí)模穴壓力的影響以及冷卻結(jié)束時(shí)的模具溫度分布。

Moldex3D應(yīng)力分析模塊能執(zhí)行線性與黏彈性分析，預(yù)測一般案例經(jīng)退火過程后的翹曲行為與應(yīng)力松弛現(xiàn)象。對于芯片封裝成型，后熟化分析（Post Mold Cure (PMC)）也能適用退火分析，考慮硬化程度與熱的影響并分析翹曲行為。

注意：Moldex3D應(yīng)力分析模塊支持solid與eDesign網(wǎng)格模型。此外，支持塑件、塑件嵌件及模具嵌件的分析。模座變形分析只支援stand cool分析。

下述將介紹應(yīng)力分析的一般步驟。

1. 前處理 (Prepare Analysis)

其前處理階段的步驟與基本模塊的相似：

步驟1：產(chǎn)生網(wǎng)格模型

步驟2：建立新項(xiàng)目

步驟3：建立新組別

步驟4：執(zhí)行分析

在Moldex3D，應(yīng)力分析模塊支持兩種分析類型：一是應(yīng)力類型，另一則是退火類型。而且，能模擬型芯偏移與模座變形現(xiàn)象。以下將針對每種分析類型分別列出特定步驟的操作說明。

注：對于應(yīng)力類型分析(Stress Type)，翹曲分析的信息并不能被存取，所以網(wǎng)格變形的影響并不會被納入應(yīng)力分析，除非使用退火類型分析(Annealing Type)。

2. 應(yīng)力類型分析 (Stress Type Analysis)

在應(yīng)力類型下，能夠設(shè)置的計(jì)算參數(shù)有四類：應(yīng)力邊界條件 (Stress boundary condition, Solver parameters)，重力（Gravitational force）, 流動(dòng)導(dǎo)致殘留應(yīng)力分析（Consider flow-induced residual stress in stress analysis, 在縫合線強(qiáng)度考慮縫合角的影響（Consider welding angle effect for weld line strength）, 考慮纖維配向影響（Consider fiber orientation effect）。

1. 設(shè)定應(yīng)力邊界條件 (Setting of Stress Boundary Conditions)

在選項(xiàng) (Options) 中的應(yīng)力邊界條件 (Stress boundary condition) 點(diǎn)擊編輯 (Edit)，Moldex3D Designer 將立即啟動(dòng)。在Moldex3D Studio中設(shè)定邊界條件。

在負(fù)載與邊界條件 (Loads and B.C.) 欄旁有四個(gè)圖示，分別代表在作用力上設(shè)定節(jié)點(diǎn) (Set nodes on which the force is applied)、在作用壓力上設(shè)定面 (Set face on which the pressure is applied)、在作用位移上設(shè)定節(jié)點(diǎn) (Set nodes on which the displacement is applied)、刪除現(xiàn)有的邊界條件 (Delete existing B.C.)。在設(shè)定邊界條件之后，點(diǎn)擊返回 Moldex3D Studio主頁。

Moldex3D Studio將儲存邊界條件的數(shù)據(jù)并自動(dòng)關(guān)閉。在Studio 主頁目錄中雙點(diǎn)擊分析 (Analysis)以執(zhí)行應(yīng)力分析，選擇應(yīng)力分析 (Stress－S) 或在分析順序中加入應(yīng)力分析。

負(fù)載與邊界條件的編輯界面在Moldex3D Studio中的左欄。如下圖所示，負(fù)載應(yīng)用提供兩個(gè)選項(xiàng)：在作用力上設(shè)定節(jié)點(diǎn) (Set nodes on which the force is applied) 與在指定面上設(shè)定作用壓力(Set face on which the pressure is applied)。

注：位移邊界條件也能設(shè)定在節(jié)點(diǎn)上。

在節(jié)點(diǎn)上設(shè)定力 (Set Forces on Nodes)

如下圖所示，點(diǎn)擊在作用力上設(shè)定節(jié)點(diǎn) (Set nodes on which the force is applied)，并選擇施力的節(jié)點(diǎn)。已選擇的節(jié)點(diǎn)將會以黃色標(biāo)示。

在編輯邊界條件的對話框中點(diǎn)擊打勾（Check）  ，確認(rèn)選擇。

請?jiān)O(shè)定力的名稱與x、y、z方向分別施力的大小。

施力負(fù)載將在窗口中以紅色箭頭顯示。

在表面上設(shè)定壓力 (Set Pressure on Face)

設(shè)定表面壓力的步驟與在節(jié)點(diǎn)上設(shè)定力的幾乎相同。點(diǎn)擊設(shè)定作用壓力的面 (Set face on which the pressure is applied) 并選擇表面網(wǎng)格來施加壓力，而設(shè)定壓力后的網(wǎng)格會被標(biāo)以紅色。

具有壓力負(fù)載的面將會在窗口中以棕色顯示。

在節(jié)點(diǎn)上設(shè)定位移邊界條件 (Set Displacement Boundary Conditions on Nodes)

設(shè)定位移邊界條件的步驟與在節(jié)點(diǎn)上設(shè)定力的幾乎相同。點(diǎn)擊在作用位移上設(shè)定節(jié)點(diǎn) (Set Displacement Boundary Conditions on Nodes)，并選擇截點(diǎn)來施加位移而被選擇的節(jié)點(diǎn)會被標(biāo)以青藍(lán)色向量。

刪除或儲存現(xiàn)有的負(fù)載或位移邊界條件 (Delete or Save Existing Loads or Displacement B.Cs.)

用戶能刪除不想要的負(fù)載或邊界條件。選擇該負(fù)載與邊界條件之后，點(diǎn)擊刪除 (Cancel) 。

2. 在Moldex3D Studio中檢查邊界條件 (Check Boundary Conditions in Moldex3D Studio)

在Moldex3D Studio樹狀目錄中檢查邊界條件與應(yīng)力邊界條件 (Stress BC)。邊界條件的設(shè)定將在窗口中顯示。

3. 考慮流動(dòng)殘留應(yīng)力 (Consider Process Induced Effect in Stress Analysis)

流動(dòng)殘留應(yīng)力

勾選此選項(xiàng)以考慮流動(dòng)殘留應(yīng)力對應(yīng)力分析的影響，翹曲分析將會讀取充填/保壓分析輸出的流動(dòng)殘留應(yīng)力結(jié)果 (由VE模塊啟用)。

縫合角輸出

如果要納入縫合角的影響至分析，點(diǎn)擊縫合角輸出 (Consider welding angle effect for weld line strength)，然后指定各角度對縫合線強(qiáng)度的影響因子。

纖維配向輸出

最后成品的機(jī)械性質(zhì)相當(dāng)程度的被當(dāng)中的纖維分布所影響。纖維的排向在充填當(dāng)中會因?yàn)樯鋲?、幾何、尺寸及螺桿等因素有所影響。也因此，正確地預(yù)測出塑建的纖維排向?qū)τ诔尚椭瞥痰脑O(shè)計(jì)非常重要。三個(gè)纖維模型可以被應(yīng)用在這個(gè)功能：傳統(tǒng)的復(fù)合模型、Halpin-Tsai 模型、 Mori-Tanaka model，用戶可以依需要自行選擇。

4. 應(yīng)力分析計(jì)算 (Stress Analysis Computation in Moldex3D Studio)

使用者能在Studio工作區(qū)中雙點(diǎn)擊分析 (Analysis) 啟動(dòng)應(yīng)力分析，選擇應(yīng)力分析(Stress－S) 或?qū)?strong>應(yīng)力分析加入分析順序中。