油液流動分析的案例
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
油液流動及冷卻分析——了解LS-DYNA中的顯式SPH求解功能
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 
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 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 巖土力學中的塑性流動仿真與分析
Mohr-Coulomb 準則對主應力空間內的六棱錐進行了定義，這為直接對該準則進行分析提供了很大的便利。但是，由于尖角（例如屈服面的法線在尖角處是未被定義的）的存在，很難對本構方程從數值計算的角度進行處理。
為了避免與尖角有關的問題, 另一個屈服準則——Drucker-Prager 屈服準則被開發了出來，它是通過對 von Mises 屈服準則進行修改而得到的，這一準則不僅將庫侖摩擦納入考慮范疇，還建立了與流體靜壓的依賴關系：
(5)
這個方程表示主應力平面內的平滑圓錐，而不是六棱錐。如果系數
和
與Mohr-Coulomb 準則中的系數互相匹配,即如下所示：
(6)
Drucker-Prager 屈服面會穿過 Mohr-Coulomb 六棱錐的內部或外部頂點，這取決于符號
為正還是為負。
塑性流動
方向來源于所謂的“塑性勢”,它既可以是與塑性勢的方向相同的，即與塑性相關；也可以不同，即與塑性無關，發生屈服現象(屈服函數)。我們可以據此開發很多不同的非關聯流動法則。
在 Drucker-Prager 模型中，可以利用關聯法則使體積塑性流動不為零。因此，在施加壓力的情況下體積會發生變化。然而，這與許多土壤材料，特別是顆粒材料的行為是相矛盾的。相反，可以在塑性行為是等體積的（體積守恒）情況中使用非關聯流動法則，這能更好地反映顆粒材料的塑性行為。
Drucker-Prager 屈服函數表示法。
COMSOL Multiphysics 中土壤塑性的非關聯流動法則
接下來，我將向您展示如何借助 COMSOL Multiphysics 對土壤塑性使用非關聯法則。針對軟件的任意一種塑性模型，都可以使用非關聯塑性法則。
展開 Moldex3D模流分析之充填過程中的流動行為
而藉由流動波前可以探查的充填問題如下：
?了解充填與包壓時的流動行為
?檢查是否有不完全充填(短射)的問題
?檢查是否存在流動不平衡
?偵測縫合線與包封的潛在位置
?檢查各澆口與流道的充填分配是否平衡
?尋找適合的澆口位置并預期縫合線的生成
充填過程的示意圖 (a) 遲滯現象 (b) 賽馬現象 (c) 包封 (d)未平衡的流道 (e)及 (f)多模穴的未平衡流道系統
利用充填分析來研究充填過程，可幫助我們了解自流道到模穴的充填問題，更可以幫助我們將材料、幾何上的設計及制程條件等因素聯系在一起來研究這個過程。這也提供了我們應用科學化方式了解這些問題、它是如何發生、會發生于何處。 有了這些結果，我們可以更專注于制程的條件、材料的選擇或原產品設計的修正上，并找出解決之道。
?Pm: 為射出螺桿之計量區壓力分布設定。
?Pn: 為射出噴嘴口的壓力分布設定，會隨模穴壓力變化而改變。
?Pg: 此為流道盡頭之進澆點壓力分布，即模穴入口的壓力。通常模穴壓力變化將落后于設定壓力值，主要因壓力傳遞及摩擦損耗所造成。
?Pc: 模穴末端的壓力。模穴內壓力會小于進澆點壓力，主管因模穴內壓力損耗所造成。
在充填過程中，高分子材料會在預設的壓力下經由噴嘴口進入螺桿、進澆點、流道、閥門等等而被填入模穴中。一般而言，充填過程可以分為以下兩個階段：
1.tf to tf1: 充填控制階段，此時塑料開始填入模穴，并維持穩定的流速，模穴壓力會逐漸地上升。
2.tf1 to tp: 壓力控制階段，熔融高分子固化的過程中，模穴壓力會迅速的上升且充填開始縮小其可充填體積，接著模內壓力被轉移至模穴末端。
射出充填中壓力變化的紀錄
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-注塑流動分析視頻教程
[media=swf,500,375]http://www.tudou.com/v/4hG40TwRVjA/&resourceId=0_04_05_99/v.swf[/media]
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
展開 Moldex3D模流分析之如何應用熱流道穩態分析改善多模穴成型流動平衡
Moldex3D 針對熱流道系統仿真量身打造的解決方案──熱流道穩態分析(Hot Runner Steady, HRS)，可支持復雜熱流道和進階熱流道模塊的快速分析，并協助使用者優化多模穴的熱流道設計，評估該熱流道系統的流動行為，例如流率及流動平衡比。熱流道穩態分析不需模擬模穴內流動，即可提升迭代計算效率，達到改善熱流道設計的目的，因此可大幅減少分析時間。以下將深入說明如何應用熱流道穩態分析。
應用一：在不須模擬模穴的情況下，使用熱流道穩態分析優化熱流道設計：
步驟1：新增射出成形項目，網格模型必須含有進澆點、模穴與熱流道。雖然熱流道穩態分析會忽略模穴的計算，但使用者仍必須在項目中提供模穴。
注：用戶必須擁有進階熱流道模塊的授權，才可在計算參數內設置熱流道穩態功能與啟動相關計算
步驟2：在計算參數內的熱流道穩態分析下指定入料口流率、收斂精度及各澆口壓力。
注：在CAE模式下，入料口流率的默認值為模穴體積除以填充時間；在機臺模式下，入料口流率的默認值則為模穴體積除以行程時間。
注：熱流道澆口壓力代表該澆口所受到的外部流動阻力(預設為0MPa)，建議使用者可先試行一組單模穴分析(不需包含流道系統，只需指定進澆點)，取得澆口壓力結果后代入熱流道穩態分析的澆口壓力設定。這種做法可獲得更精確的預測，并節省分析時間。
步驟3：于分析順序設定內選擇熱流道穩態分析，開始分析。
步驟4：開啟熱流道穩態結果記錄文件，檢查各澆口流率與流動平衡比，根據這兩項結果進一步修改熱流道幾何與配置，例如更改特定區域熱流道直徑或流道長度，以獲得更為平衡的流動。
注：熱流道穩態分析提供多種分析結果，對于此做法來說，較為關鍵的結果是流率與流動平衡比
步驟5：修改熱流道設計后重復步驟1至4。
展開 CFD學習：翼型上不可壓縮流動的分析
如果可以滿足翼型上不可壓縮流動的條件，則方程可以簡化為以下。
不可壓縮流體流動的納維-斯托克斯方程
上述納維-斯托克斯方程用于不可壓縮流動分析。如果滿足無粘流和其他條件，也可以使用不可壓縮流的簡單伯努利方程（源自納維-斯托克斯）。
不可壓縮流動的簡化伯努利方程
使用良好的 CFD 工具可以最有效、最準確地求解上述機翼上不可壓縮流動的方程；然而，還有一些有用的替代分析技術。
替代翼型分析技術
翼型周圍的流體流動也可以使用渦流片進行分析。通常，使用上板和下板并在水平軸上定向。
渦流片模型假設
渦旋片在 x 軸上形成單片
只有小攻角
流動偶發性（整個表面具有相同的流線值）
翼型很薄
渦流方法對于渦度計算非常有用，例如飛機起飛期間機翼后緣形成的渦流；然而，沒有考慮機翼形狀和迎角。為了解決這些重要的航空設計參數，可以使用薄翼型理論，該理論基于上述假設。該方法適用于翼型上的無粘性和不可壓縮流動，包括迎角對升力的影響，如下圖所示。
高攻角的影響
無論選擇哪種分析方法，最佳實施方式都是采用 CFD 求解器。
用于不可壓縮流動分析的最佳 CFD 工具
如上所述，有多種分析方法可用于研究翼型上的不可壓縮流動，其中可能包括用于綜合評估的尺寸分析技術之一。盡管使用這些方法時涉及的一些方程可以通過手動分析來求解，但強烈建議使用提供各種解決方案、快速計算和圖形分析的高級 CFD 求解器。
例如，Cadence CFD工具包括多個程序，可以提供可以進行比較和對比的各種分析結果。這種靈活性以及高精度將使您能夠優化機翼研究和/或航空系統設計中的不可壓縮流。
展開 Moldex3D模流分析之新型纖維流動耦合模型
Anthony Favaloro1 et al. [1] 提出 IISO 黏度模型，來推估高分子熔膠流動與纖維互相做用影響下的黏度變化；之后再由科盛科技曾煥锠博士與 Favaloro1 [2] 將此IISO model 修正為 Revised IISO model并導入Moldex3D軟件。我們應用此新世代IISO 黏度模型，加入考慮流動與纖維耦合作用，發現模擬分析之A11及A22纖維排向與影像分析實驗結果相當接近，特別是透過單次實驗所產生三個不同流場之ASTM D638標準試片系統(如圖一系統)，探討其流動與纖維耦合作用如何影響纖維排向，結果如圖五所示。其中圖五(a) 為Model I 標準試片之纖維排向模擬分析與實驗觀察之比較，從結果得知，當考慮流動與纖維耦合作用時，在靠近流動末端 垂直流動之纖維排向(A22)將明顯主導。另外，針對同一實驗并在不同區域之Model II 標準試片之纖維排向模擬分析與實驗觀察之比較，從結果也得到驗證，如圖五(b)所示。
圖五 當考慮及不考慮流動與纖維耦合作用時，纖維排向模擬分析結果與實驗觀察結果之比較: (a) Model I at EFR(充填結束區域)；(b) Model II at EFR(充填結束區域)
整體而言，此次透過應用Moldex3D纖維排向模塊，加上針對流動與纖維耦合作用之考慮，在一體成型復雜幾何系統內，纖維排向差異性極大的A11及A22都能準確地被預測，此等結果令人非常振奮，也非常高興能分享給產學界的朋友們。
展開 