車燈模流分析
關注創建者：sthx666 創建時間：2019-04-15
車燈模流分析的視頻教程
車燈仿真分析系列課程（熱仿真/結構力學仿真/光學仿真）
ANSYS作為世界知名的CAE仿真軟件，在汽車車燈的結構力學、流體散熱、光學設計都有廣泛地應用。在結構力學分析時，借助ANSYS可以實現諸如：車燈極端靜載荷作用下的強度/剛度分析、車燈的抗沖擊/振動性能分析及優化設計；車燈的碰撞試驗分析；車燈在交變載荷作用下的結構疲勞計算等，從而為汽車照明系統的設計提供理論依據。
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模流分析系列課——材料基礎物理性分析
作為表征材料性能和安全可靠性保證的手段，力學性能試驗方法及其標準化是關系到推進復合材料應用，如新產品開發設計階段通過模流分析進行材料結構設計、模具設計、原料選型等。模流分析是注塑產品前期分析、模具設計和注塑成型常用的專業分析方法，廣泛應用于汽車、家電、通訊電子、軍工等模具注塑產品領域。材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學性能，是進行模流分析是必須要確定的力學參數。
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車燈模流分析的實例教程
圖一 本案例中的堤維西汽車頭燈產品
挑戰
產品外觀有明顯的包封現象
須縮短產品研發時間
解決方案
堤維西利用Moldex3D模流分析解決方案，優化澆口位置，進而化解包封問題，獲得更佳設計
效益
成功解決包封問題
減少修改模具次數和成本
成功縮短產品研發時間
案例研究
本案例目標為解決汽車頭燈產品包封問題。為達到目標，堤維西利用Moldex3D找出最佳澆口位置，提升流動平衡另外，同時進行產品厚度優化，防止包封產生。
堤維西首先以Moldex3D Solid模擬原始設計的成型條件，結果顯示在母模側肉厚區域有包封產生。這項缺陷直接對產品外觀造成負面影響。
為了解決此問題，堤維西進行設計變更，修改了澆口位置(圖二)及包封產生區域的肉厚(圖三)，接下來再以Moldex3D模擬設計變更。仿真結果顯示，新的扇形澆口有效改變熔膠流動路徑，成功消除了包封，產品外觀也明顯改善。
圖二 原始設計(左)與設計變更(右)，澆口位置改變
圖三 原始設計(左)與設計變更(右)，包封產生區域的肉厚改變
堤維西以Moldex3D分別對原始設計和設計變更進行模擬。在原始設計中，肉厚突變處出現明顯的流動不平衡現象，進而產生包封(圖四)。至于設計變更，則由于流動行為改變，而沒有出現包封，最后成功制造出外表平滑、無缺陷的產品。最后堤維西進行實際試模，并與Moldex3D模擬結果做比較，發現二者有高度一致性(圖五)。
圖四 原始設計(左)有明顯包封產生，設計變更(右)則沒有包封問題
圖五 優化設計的試模結果，沒有包封現象
結果
藉由Moldex3D，堤維西可清楚了解模內熔膠流動行為，并在實際制造前預測潛在的產品缺陷。藉由實際試模，也證實了Moldex3D預測的準確度。
展開 案例成型問題
本次案例的產品為車燈透鏡，過去是使用玻璃材質，由于節能減碳、車輛輕量化趨勢，以及產能等因素，近來開始使用塑膠材質。車燈透鏡的肉厚，通常較一般塑膠產品厚，此案例最厚區域約20mm，塑膠材料為熱漲冷縮性質，在傳統射出成型過程當中，高溫熔融塑膠射入模穴內，經過冷卻收縮后，較厚區域會收縮較大。靠近澆口與遠離澆口區域，因壓力分布差異，而產生收縮差異，進而導致形變問題。也由于傳統射出過程中，分子鏈被拉伸而可能導致殘留應力的問題，形變與殘留應力問題將影響產品的光折射路徑與亮度。
解決方案說明
此案例期望透過射出壓縮成型方式，改善產品的形變與殘留應力問題，射出壓縮成型是結合了傳統射出成型與壓縮成型兩種制程，在充填初始階段，公母模不完全閉合，而是保留一部分間距，當塑膠射入模具內達到一定體積時，鎖模機構將模具完全閉合，透過閉合的機制，壓縮模穴表面讓熔膠進入模穴，完成充填。另外，調整模具機構設計，可以只針對重點區域局部壓縮模穴表面，稱為射出模內壓縮制程。
透過Moldex3D 之模流分析，可明顯比較出傳統射出成型與射出模內壓縮成型兩者制程對于形變以及殘留應力之影響。
圖1：射出成型之底部位移
圖2：射出模內壓縮之底部位移
結果與討論
1. 由產品形變探討：圖1 與圖2 為射出成型與射出模內壓縮成型之底部翹曲變形，由于射出模內壓縮的體積收縮率較小與較均勻，因此底部位移0.1mm，小于射出成型之底部位移0.27mm，其位移降低62%。
2. 由光學性質探討：光程差越大，光學品質越差，射出模內壓縮最大總和光程差約2 微米，小于射出成型之3 微米，改善率33%（如圖4、圖5 所示）。總和光彈條紋黑色線條越密集，表示殘留應力越大，光學品質越差，射出成型黑色線條較射出模內壓縮密集（如圖6、圖7 所示）。
3.
展開 透過驗證分析，車燈透鏡產品的成型質量獲得大幅改善，達到產品尺寸穩地。實驗團隊未來希望將模擬分析的應用，擴大至優化壓縮參數研究，包含 : 壓縮力、控制位置…等，以及應用在各種肉厚產品上，探討成本效益與優化程度。
一
車燈熱仿真
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
熱點/聚焦分析
PCB熱分析
二
結霧/除霧仿真
車燈結霧/除霧過程仿真
快速評估車燈結霧/除霧的方法
三
仿真中特殊問題
使用Fluent Meshing壓縮網格數量
Wrapper快速網格方法
快速、準確的車燈CFD方案
由于高分子材料的耐熱性能較差，所以，工程師總是希望仿真可以獲得更加準確的結果。傳統上，DO模型可以提供一種較快的解決方法。對于一些對結果準確度要求很高的場景，例如熱點的預測/聚焦分析，Fluent還提供了更為準確的蒙特卡洛模型。針對LED光源，用戶還可以定義輻射的極坐標分布，進一步提高仿真與現實的吻合程度。
相對于熱計算，除霧計算目前應用較少。
展開 在進行設計比較或計算機試模時，我們需要建立許多模擬分析組別；在模擬完成后，也需要進行模擬結果的后處理，這其中就會有很多重復性的軟件操作，例如：分析組別的建立、成型參數的調整、分析結果的取得等。若CAE軟件有提供API，CAE工程師便可將原先重復的接口操作、以及耗時費力的人工數據搜集與比較，改為透過API對應的功能函式建立自動化執行的程序，加速完成工作任務。目前Moldex3D Studio在模擬組別的建立及分析結果的探查都有提供相關的API。
此外，透過API的整合應用，也可將CAE模流分析流程整合至自行開發的平臺，簡化原先使用CAE軟件所需要執行的接口操作，讓團隊成員都可透過簡化后的接口進行CAE仿真分析及結果解讀。這樣的作法不僅能減少團隊成員適應不同軟件的時間成本，也能自行定義符合公司產品需求的仿真工作流程，讓成員能在標準化流程中運用CAE模流分析的仿真結果，達到提升產品質量的目的。
圖二 API整合應用示意圖
總結
對于個人或小編制的CAE軟件用戶而言，API能將重復性動作撰寫成可重復執行的程序。即使應用情境有些微差異，也可以靠參數化的方式，讓程序保留一定的彈性。所以即使在前期會需要投入時間進行自動化程序開發，卻可帶來可觀的生產效益。
對于需要利用CAE模流分析技術的組織或企業而言，可能不是每個成員都具備CAE軟件使用的能力；但透過API的整合應用，便有機會取各家軟件所長，打造一個最適合自家工作流程的標準化接口，讓Moldex3D的模流分析技術為每一位成員所用。
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研討會簡介：
車燈在路面顛簸、發動機激勵下易出現支架斷裂、焊點疲勞等問題，是汽車可靠性開發的重點。本次 ANSYS 車燈振動疲勞分析研討會，圍繞輸入數據規范、核心分析方法、仿真結果解讀及工程優化建議四大模塊展開教學，幫助工程師快速掌握從數據準備到方案迭代的全流程仿真技能，高效解決車燈振動疲勞失效難題。
適合人群:
汽車車燈、電子電器行業的結構仿真工程師、可靠性工程師
2026年5月6-9日，為期4天的第二十四屆中國國際鑄造博覽會、第十九屆中國國際壓鑄工業展覽會暨第十九屆國際有色及特種鑄造展覽會在國家會展中心（上海）圓滿舉辦。
FLOW-3D 中國攜專為金屬鑄造打造的 FLOW-3D CAST 模流分析軟件亮相，重點展出一體成型件與半固態模流分析解決方案，與業界同仁交流鑄造行業的前沿技術與應用。
在整車外飾系統中，前保險杠與車燈之間的間隙控制，是外觀品質與裝配一致性的關鍵指標之一。間隙不均、干涉或錯位，不僅影響整車視覺品質，還可能帶來裝配返工與質量風險。因此，在設計階段提前進行結構約束與間隙驗證，已成為汽車工程中的必要環節。
針對這一高頻工程場景，3DCC V7.0 新增前保險杠與車燈間隙分析場景的專用約束能力，支持基于真實裝配邏輯完成模型構建與后續測量分析。
本次升級圍繞典型外飾裝配流程
為什么選擇微觀力學模塊？
微觀力學模塊(Micromechanics Interface, MMI)是Moldex3D一個輸出材料特性的模塊，其允許用戶在可提供用戶輸出多尺度材料的材料性質給Digimat或Converse，并整合在有限元素分析中。在Moldex3D中以復合材料完成仿真分析后，用戶能夠利用MMI模塊更準確、更有效率地解決復雜的非線性多尺度有限元結構分析。此外，在多尺度模型中將能考慮更多獨特材料特性
對于工業界的使用者而言，模流分析最重要的三個要素就是：使用便利性、正確性與速度。三維實體模流分析技術可以提供許多傳統2.5D模流分析技術所不能提供的優點，例如與CAD的整合、分析正確性、模型最少簡化…等等。然而，三維模流分析在完全不簡化模型的情況下，無可避免增加了許多計算上的負擔，使得計算時間增長。Moldex3D所采用的高效能有限體積法 (HPFVM, High-Performance Finite
Moldex3D eDesign Plus 提供產品設計師簡單高效的模流分析解決方案，交互式的溝通設計平臺便于塑件與模具的制作。全自動網格生成，即使不具備高階 CAD 知識的用戶也能輕易上手。精準的 3D 立體顯示技術有助于用戶深入解析產品，檢視流動和熱性質變化，在實體模具成型前即完成優化。Moldex3D eDesign Plus 為客戶提升產品質量和成本效益，爭取最佳上市時機。
全自動化真實三維網格
顯示塑料當下的纖維配向向量分布情形1/3 代表配向為隨機 (random) 配向；1 代表纖維被100%配向.配向值越高代表纖維被流場在該方向配向的程度越高。纖維的排向會被充填時的流動所影響，較高的配向會使纖維排列方向的強度提升更多。纖維配向結果可以介由計算參數的纖維配向分析選項來啟用 (請參考纖維分析章節于進階分析)。
纖維排向在X方向
塑料在充填/保壓結束時纖維排向的X方向分量。
主頁簽(Home Tab) 的設定(Setting)中，單擊 材料(Material)，并在右下角的下拉式選單中選擇材料精靈(Material Wizard)，系統將會跳出材料精靈的窗口。
使用者可以單擊檢視(V)，選擇Moldex3D材料庫 (Moldex3D Bank)，將畫面切換至Moldex3D材料庫。Moldex3D材料庫中目前有超過7000種的材料可以提供選擇，使用者可以依據需求來選擇所需的材料
對于工業界的使用者而言，模流分析最重要的三個要素就是：使用便利性、正確性與速度。三維實體模流分析技術可以提供許多傳統2.5D模流分析技術所不能提供的優點，例如與CAD的整合、分析正確性、模型最少簡化…等等。然而，三維模流分析在完全不簡化模型的情況下，無可避免增加了許多計算上的負擔，使得計算時間增長。Moldex3D所采用的高效能有限體積法 (HPFVM, High-Performance Finite
流動分析 Flow
Moldex3D Flow(流動分析)可仿真實體熔膠在流動過程中巨觀及微觀的特性，如噴泉流、慣性效應、重力效應等。Moldex3D Flow的強大性能可幫助用戶了解并可視化熔膠流動過程，精確定位縫合線位置，并檢測短射、包封等潛在缺陷，進而評估優化產品、模具設計與制程條件。
功能
? 預測3D噴泉流現象，慣性現象，剪切生熱效應等等
? 預測縫合線/包封位置，
