流動應力分析的案例
Moldex3D仿真分析之灌封過程中的流動應力
灌封過程中的挑戰
然而，在灌封過程中必須解決因化學收縮產生的氣泡(圖一和二)、相變的熱效應和殘留應力(圖三)。這些因素會影響到產品的生命周期和可靠度。
圖一 電子馬達中的氣泡 圖二 印刷電路板(PCB)底下的氣泡
圖三 殘留應力
Moldex3D電子灌封
Moldex3D灌封模擬技術可以模擬灌封過程中的流動應力，有效預測氣泡位置和大小。此外，灌封模擬可以全面分析在相變中的溫度變化、化學反應、后熟化和收縮。
確認制程并調整加工條件設定
? 提供流體、溫度、相場和熟化程度的模擬
? 考慮表面張力、毛細力和重力的影響
? 優化點膠頭及灌膠路徑設計
? 預測潛在缺陷,例如氣泡包封
后熟化翹曲模擬
? 藉由數值模擬觀察相變化
? 考慮應力釋放和化學收縮帶來的影響
? 透過溫度、熟化率和壓力分布預測后熟化過程中的變形
利用Moldex3D數值模擬提升產業精密性
數值模擬可以在成型過程中的每個階段提供完整的信息，從流動過程中的流動狀態到相變和溫度引起的收縮和翹曲變形。這些完善的數據都能協助廠商提升產能、精準地控制產品質量并有效地加速產品開發進程。
展開 Moldex3D模流分析之應力分析模組
應力分析簡介
應力分析是CAE應用中最重要的模擬分析之一。材料與結構中的應力與應變是在一些邊界條件（Boundary Condition, B.C.）下計算，例如：力、負載及位移。使用應力分析，可了解在一定的外力如溫度或位移等情況下，產品機械行為如變形或強度等，將如何變化。塑料產品的機械行為不僅取決于材料的機械性質，也大幅受到制造過程的影響。在射出成型塑件中，因射出過程而產生的一些現象或缺陷，應在后續的應力分析中加以考慮與估算。這些現象或缺陷包含所謂的流動殘留應力（例如：纖維配向效果、分子配向效果等）、熱殘留應力、縫合線、翹曲等等。塑料產品的應力分析若不考慮制程引發的因素，將無法產生正確的分析結果。
Moldex3D提供Moldex3D應力分析模塊，能考慮與計算上述由制程引發之因素，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因壓力不平衡所造成的偏移。由于同時考慮型芯偏移、模穴與模座網格的變形結果，因此能準確預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定。這些分析結果能決定最佳澆口位置與射壓，以減少模仁的移動并強化型芯偏移的控制。當應力與變形的分析結果是在不同的成型條件下，模座組件將會列入考慮之中，進而能改善模具結構以減少變形程度。
Moldex3D應力分析模塊功能導覽
Moldex3D應力分析模塊能讓用戶在射出成型分析之前或之后立即執行線性應力分析。應力分析不需要其他分析結果即可執行。然而，如果有其他分析結果，一些數據如流動殘留應力等能在應力分析中被考慮為初始內應力。Moldex3D應力分析模塊提供三種穩態邊界條件的類型：力、壓力及位移。
針對型芯偏移，Moldex3D能讓使用者快速且準確分析不同組件的交互行為，進而優化產品設計。
展開 成型條件對殘留應力的影響──流動篇
■ 全鏈管理 / 蔡穎玫 博士
前言
殘留應力為「溫度」、「壓力」及「充填時流場的速度變化」等成型條件對塑膠高分子鏈形態的綜合影響結果，本篇文章我們就來討論在產品與模具設計都沒有變動下，成型條件──「流動」對殘留應力的作用。
首先，我們先理解射出程序包含充填及保壓動作，兩階段目的不同，對分子鏈的影響也不同：
充填：極短時間內對塑料高速擠壓，高剪切率作用下分子鏈排向程度高；
保壓：塑料幾乎充滿模穴的條件下持續填料，剪切率極低但高壓作用于分子鏈而提升排向程度與被壓縮程度。
流動對殘留應力的影響
為了更具體地觀察高分子鏈在充填流場中的變化，讓我們對模穴內的厚度方向做一剖面，可以看到熔膠在厚度中心有最快的流動速度，其波前就像噴泉般地流動，越靠近模壁流動速度越慢，并在塑件表面也就是模壁處形成不流動的固化層。
探究厚度方向塑料流動速度差異的原因，是因為塑膠導熱效果極差（約為金屬的1/1000），當模具金屬及冷卻水管的熱傳作用已把壁面處熔膠的熱量帶走，但模穴內仍保有相當高的溫度，由剖面的溫度分布可看到，模壁處塑料處于固化溫度，越往內部溫度逐漸爬升，到達固化層厚度時溫度最高，再往中心的塑料溫度會稍降，但仍維持高溫以持續完成充填保壓程序。
在固化層厚度部位出現最高溫的原因，是因為此為塑料固態與流動態的界面，界面一端為靜止狀態，但另一端仍保有移動性，兩者速度差極大，兩相接觸時摩擦生熱貢獻出高溫分布于此，充填速度越快此摩擦升溫的程度越高。正因為界面兩端的速度差異極大，此處也正是厚度方向上最大剪切率發生的部位，此處升溫現象因而稱作shear heating。
圖1：射出成型塑膠高分子鏈定向現象分析
說明完了速度與溫度的分布，接下來更能理解充填流場對高分子鏈排向的影響。
展開 硅納米柱嵌鋰過程的塑性流動和原子尺度應力變化
最后，基于模擬結果，建立了簡單的斷裂力學模型，成功地預測了硅納米柱的臨界斷裂尺寸，并對各種硅納米柱的斷裂抗力進行了定量分析，這些發現可以指導下一代鋰離子電池新型硅基負極的設計。
采用avizo實現三維數字巖心構建、流動模擬和應力加載模擬 ￥500
教程內容實現以下模塊：
（1）圖像分割，構建三維數字巖心
（2）孔隙吼道分析，構建孔隙網絡模型
（3）單向流動模擬和fluent多相流動模擬
（4）力學加載變形模擬分析
附帶安裝包（2019）
Moldex3D模流分析之流動分析Flow
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，除去或最小化此流動問題
? 預測射出壓力及評估鎖模力之需求
? 評估流道配置設計及類型，以達成流道平衡
? 優化澆口位置與大小，避免產生縫合線并達到充填平衡
? 優化充填階段的加工條件，如射出時間、熔膠溫度、螺桿速度數據…等等
? 支持模擬多穴模具(Multi-mold)或成套制品模具(Family-mold)的充填過程
? 支持模擬多材質射出成型(Multi-component Molding)，包含嵌入射出(Insert Molding)及多射依序射出成型(Multi-shot Sequential Molding)等。
展開 Moldex3D模流分析之SYNC for SOLIDWORKS的流動分析
流動 (Flow)
射出成型的充填流動分析主要為模擬塑料熔膠被壓力推進到模穴的過程。壓力迫使熔膠流動并填充模腔。通常，壓力最高之處是在注入口；隨著距離澆口越遠，壓力隨之減小。同時，最低的壓力出現在向前移動的熔膠流動波前。壓力差是推動熔融的熱塑性塑料的主要動力。一般情況下，填充過程傾向于以最小的阻力流向空腔區域。在空腔區域熔融塑料以較快速度前進表示該區域對流動的阻力較小；同樣地，若流動波前緩慢的前進，則等值線將比較密集，代表該區域有較大的阻力。前述情況可見于下圖：
聚合物材料通過不同厚度區域的流動行為
不同情況下射出成型的澆口現象
為了要捕捉這樣的行為，模擬是了解這些行為最適當的方式。 流動分析能夠解決與填充相關的問題，如短射 (不完全填充)、縫合線、包封、流動問題、表面燒焦劣化，流道/流動平衡，及澆口設計等問題；因此，本模塊可以在概念或產品設計時間使用。此外，塑件或模具設計師可以用計算機仿真測試可能的設計而縮短交付設計所需的時間。充填分析也可用于評估材料的加工性能 (Processing properties) 和作為材料選擇的參考。成型條件和網格敏感度也可以透過流動分析進行評估。
1. 流動功能導覽 (Flow Function Overview)
[終止流動計算條件選項] (Criterion for stopping calculation) 可用 [充填百分比] (Fill percentage) 或 [不填充元素個數] (Unfilled element count) 定義。如果選取 [充填百分比] (Fill percentage)，停止計算的預設條件值 為 99.95%， 表示 99.95% 的整個模穴體積已填滿。
展開 基于ISPH方法的油液流動和冷卻分析
Lead R&D Engineer
視頻鏈接：基于ISPH方法的油液流動和冷卻分析
技術校對：王強， Ansys高級應用工程師；整理編輯：俞琴
Moldex3D模流分析之應力頁簽
應力頁簽 (Stress Tab)
根據使用者選擇的分析方式會有不同的分析選項及參數可以編輯設定，Moldex3D 支持的應力分析類型共有：應力(一般)、退火、后熟化。應力類型 (Stress) 分析提供一般的功能開仿真塑件在施加不同的應力變形的情形。退火類型 (Annealing) 則針對退火制程提供熱引導式的變形模擬，后熟化則(PMC)相似于退火唯針對的是IC封裝制程。比較常態的分析參數介紹如下：
應力邊界條件：利用邊界條件頁簽的負載與拘束精靈來設定應力分析的邊界條件，當設定完成后，相對應的邊界條件項目將會被勾選。請參閱 [進階分析(Advanced Analysis)] 的 [應力] (Stress) 以取得邊界設定的快速教學。
求解器參數：指定最大迭代次數及收斂誤差容忍值來控制計算速度及精度。
使用求解器加速：此選項是為了加速計算，如需更穩定的分析可以取消。
重力：默認值為各方向皆為 0，表示重力的影響是可以忽略的。
纖維強化材料選項：如果選擇纖維強化材料，則會啟動纖維配向效應的計算。同時，Moldex3D還有幾種微觀力學模式可供選擇，包含傳統復合模型、Halpin-Tsai 模型與 Mori-Tanaka 模型。
其他參數將會依據對應的分析方式在下面一需介紹。
計算參數的[應力] (Stress)標簽
應力類型分析 (Stress Type Analysis Type)
考慮流動殘留應力在應力分析：當此選項啟用時，計算時會讀取流動殘留應力 (如果流動分析有啟用) 并將其影響考慮于應力分析。
展開 Moldex3D模流分析之Alfanar Engineering 成功應用流動分析展現驚人軟實力
大綱
Alfanar Enigneering 團隊使用Moldex3D進行產品/模具設計及優化和驗證塑料射出成型過程已長達五年，其產品設計與開發的流程早已與Moldex3D密不可分；從設計端到開發端，工程師一定會借助流動仿真分析，提前進行產品設計優化。
由于塑料射出流程中隱藏著許多復雜的因素，常使產品開模過程無法一次成功。然而隨著客戶對產品質量、性能及成本的要求越趨嚴苛，實際生產前的設計驗證與優化已成為不可缺少的流程。
本案例不僅呈現Alfanar Engineer成功應用Moldex3D的經過，更重要是展現Alfanar Engineer多年來如何透過Moldex3D來累積Know-how與Know-why，培養核心競爭力。
我們發現Moldex3D的分析結果十分貼近實際結果，從導入開始，我們已完全投入其中。目前已成功完成超過250件分析案例，并成功生產超過150個不同塑料產品 –Mohan Sivaraj
案例分析
我們在這里介紹的案例是一個外殼蓋，開關組件中的關鍵部件，在所有配件區域都具有苛刻的公差。使用Akulon K222 KMV5和2腔，2板，熱端，冷流道模具。
為了了解決翹曲的問題，設計團隊先透過流動分析來評估澆口位置，結果顯示澆口位置并沒有問題，但是流動遲滯和Z方向翹曲變形值(0.6mm)卻不符合客戶的需求。
通常碰到這樣的情形時，設計團隊可能會采取不同的解決方案，例如：改變產品設計或模具設計，又或者是調整制程參數。然而，「模擬準確度」才是真正符合成本效益且能有效解決問題的秘訣。多年的實務經驗讓Alfanar Engineering 團隊發現，調整產品厚度可以有效改善此類問題，然而要準確掌握厚度的增減卻仍是未知數。
展開 巖土力學中的塑性流動仿真與分析
在這里，我們將向您介紹 COMSOL Multiphysics 中用于研究土壤的運用最為普遍的模型，及對隧道開挖實例進行分析。
巖土工程快速入門
建筑界普遍存在這樣一個趨勢：海上結構物建造的水域越來越深；建筑物之間的距離越來越近；海上風力發電機建造在離海岸很遠的深海中，這使其可能面臨著極其嚴苛的負載條件。因此，近幾十年來，巖土工程師開發了多種數值仿真來應對這種建筑趨勢以確保建筑的安全性。
“Paris Metro construction 03300288-3″。已獲 Public domain 許可，通過 Wikimedia Commons 共享。
塑性與巖土材料
塑性是指材料能穩定地發生永久變形而不破壞其完整性的能力，金屬、土壤、巖石、混凝土等材料便具有這樣的特性。當造成彈性形變的應力上升到達一個特定的應力級別——屈服應力時，材料開始產生塑性形變。
彈/塑性行為是與路徑相關的，應力取決于材料的之前的變形行為。因此，塑性模型通常與應力變化速率直接關聯，而非應力和塑性應變。整個行業中應用最為廣泛、最著名的塑性模型是以 von Mises 屈服面為基礎的，該模型中塑性流動不因壓力的大小而改變。因此，屈服條件及塑性流動只以偏應力張量為基礎。
然而，因為分析土壤物質時需考慮摩擦和膨脹的影響，所以該模型對此類材料無效。讓我們來看看該如何解決這個問題，并簡單介紹一下 COMSOL Multiphysics? 仿真軟件中不同的土壤塑性模型。
土壤及巖石的塑性
對于土壤和巖石等材料，摩擦和膨脹的影響是不可忽略的。眾所周知，這類材料對壓力非常敏感，當施加壓力時會產生不同的拉伸和壓縮行為。因此，上文所述的 von Mises 模型不適用于這類材料，人們轉而通過求解屈服函數來研究摩擦材料的行為。
展開 
CFD學習：流體中的蠕動流動示例與分析
要點
蠕動流動描述了慣性可忽略不計的流體流動。
雷諾數為零時的蠕動流就是我們所說的斯托克斯流。
與一般流體流動相比，由于不存在非線性或平流項，蠕動流更容易用數學方法求解。
高粘度流體（例如油漆、重油和食品加工材料）的流動是蠕動流動的示例
您還記得在小學科學課上學過的爬行物和攀爬植物嗎？我們根據植物是沿著土壤水平還是垂直生長，將植物分類為爬行植物或攀緣植物。爬行運動存在于生物和非生物中，“爬行者”的主要特征是漸進的運動。
只要滿足某些條件，我們就可以將流體的逐漸流動與蠕動運動聯系起來。蠕動流的一個重要例子是重油、蜂蜜等的運動。這些流體由于粘度而難以流動。在許多應用中，我們都使用顯示蠕動流動的流體。讓我們通過幾個例子來探討一下這個流程。
流體中的蠕動流動
蠕動流動描述了慣性可忽略不計的流體流動。施加在流體上的粘性力和壓力大于慣性力。高粘度的流體難以流動，并且通常以蠕動運動移動。盡管這些流體的慣性可以忽略不計，但它們主要由內摩擦決定。緩慢流動的流體是非湍流的，并且不會產生旋轉渦流。蠕動流體會繞過障礙物蠕動，而不是變成湍流。
蠕動流也稱為斯托克斯流。在流體的蠕動運動中，粘性力比平流慣性力占主導地位。在流體中，蠕動流是流線彼此平行的層流類型。蠕動流的速度非常低。
雷諾數和蠕動流
雷諾數是一個無量綱數，給出了平流慣性力和粘性力之間的關系。雷諾數與流體的密度和流體的速度成正比，與流體的動態粘度成反比。雷諾數的值區分流體中的層流類型和湍流類型。對于低于 2000 的雷諾數，流動類型為層流。雷諾數越高，流動越混亂。當雷諾數大于2000時，流動類型為湍流。
對于蠕動流，雷諾數小于 1 (Re<<1)。
展開 Moldex3D模流分析之分析毛細底部填膠制程中不同材質流動接觸角的影響
Moldex3D芯片封裝模塊支持毛細底部填膠分析，可以模擬毛細流動。
環氧樹脂在填膠過程中會與不同材質的組件接觸，例如基板 (PCB)、錫球 (Solder ball)、芯片 (Silicon die) 等。由于在交界面上會有不同的表面張力性質，為了縮短模擬分析和真實制程的距離，提升分析的準確度，Moldex3D加工精靈(Process Wizard) 支持不同接觸角的設定，并提供用戶接口針對各別接觸對象來給定不同接觸角。
Flip-chip capillary underfilling process
操作流程 ─ 在填膠分析中，不同嵌件材料的的接觸角設定
步驟1：首先建立一個芯片封裝成型項目，并匯入毛細底部填膠模型。本案例共含有4種不同的嵌件(Part insert)材料，會與環氧樹脂接觸的有錫球、芯片、銅墊(Cu Pad)與直通硅晶穿孔(Through Silicon Via, TSV)。
毛細底部填膠案例
步驟2：開啟加工精靈，在分析方式 (Analysis type) 項目選擇毛細底部填膠模塊(Capillary Underfill)，并在底部填膠設定(Underfill Setting) 的頁簽點擊進階設定。并切換至表面張力(Surface Tension)，在此為環氧樹脂指定表面張力系數及其與不同嵌件之間的接觸角度。
加工精靈設定頁面
步驟3：完成其他項目設定并執行流動分析后，即可觀察不同接觸角設定對流動波前的影響。本案例套用共三組不同的設定：A是皆為30度的情況；B是皆為10度的情況；C接觸角各自不同的情況。由各組的分析結果可以得知，當接觸角的設定不同時，的確會影響到流動波前的預測，而呈現不同的趨勢。
不同接觸角設定與分析結果
展開 MoldFlow軟件流動分析及應用
通過流動分析，幫助模具設計人員設計出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統，并最大程度地減少流道部分的體積。同時，對流道內熔體的剪切速率和摩擦熱進行評估，避免材料的降解和型腔內過高的熔體溫度。
3、 成型工藝
注塑成型者可利用MPI/Flow在以下方面得到幫助。
(1) 通過對熔體溫度、模具溫度、注射時間等主要注塑加工參數對制品工藝性能提出一個目標趨勢，從而幫助注塑成型者確定各個加工參數的正確值并確定其可變化范圍，得到更加穩定的成型工藝條件。
(2) 會同模具設計人員，結合使用最經濟的加工設備，確定最佳的模具方案。
(3) 對于制品在預定的標稱厚度的條件下，可以對兩種以上的樹脂材料的成型性能進行比較，會同制品設計人員選擇成本、質量、可加工性較好的設計方案。
在填充過程分析的基礎上，進一步進行保壓分析，可以得到熔體在保壓過程中壓縮產生的密度變化，并優化出合適的保壓工藝參數。
三、 流動分析的一般步驟
采用MPI/Flow可使注塑成型從制品設計、模具設計到注塑工藝的確定完全在并行工程的環境下進行，不僅克服了傳統的串行設計存在的產品開發周期長的缺點，而且提高了開模的成功率，優化了注塑成型的工藝條件，降低了產品的開發和制造成本。典型的流動分析過程如圖1所示。
四、 MPI/Flow應用實例
制件為一汽車零件，材料為Bayer USA Lustran LGA-SF，一模兩腔。
1．建模
在Pro/ENGINEER中建模，通過STL文件格式讀入MPI。制件模型及澆注系統如圖2所示。考慮到對稱性，只取其1/2進行填充和保壓過程的模擬。
圖2 模型及其澆注系統
2．工藝條件
根據所選材料Lustran LGA-SF的工藝要求，工藝參數為：熔體溫度260oC，型腔溫度60oC，注射時間為1.25s。
展開 流動與傳熱CFD分析小組
本小組成員均為清華大學流體流動與傳熱相關專業優秀博士及碩士研究生（已畢業及在讀），理論基礎扎實，且有相關實際工程經驗，熟練應用Fluent（CFD分析軟件）、Flowmaster（一維流體系統仿真軟件）、HTFS（換熱器設計軟件）等熱工軟件，旨在為企業提供熱工問題的分析與計算技術服務，諸如流動分析、傳熱計算、CFD模擬、換熱器熱工設計等，目前已完成課題：超臨界壓力流體在微細結構內的流動與換熱分析、超臨界壓力流體在多孔介質內的流動與傳熱分析、U型管換熱器CFD模擬、反應堆堆芯熱工水力問題的三維CFD模擬，結果均得到客戶認可與好評。有需要可通過以下方式與我們聯系：
E-mail: zhangyu_03@tsinghua.org.cn; maojie666@gmail.com
Tel: 13810987379 張
QQ：26057270
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