鋪覆分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
鋪覆分析的實例教程
以下將介紹如何先用LS-DYNA進行預成形組件的鋪覆分析(Draping Analysis)，接著再以Moldex3D進行射出成型分析。
步驟1：在LS-PrePost的前處理過程中，開啟LS-PrePost 4.0，輸入薄殼網格模型(IGS file)，使用Auto Mesher來產生網格 (建議使用LS-PP 4.0或更新的版本) 。
步驟2：在 LS-PrePost中的 Melt Forming analysis setting，以材料卡-234,-235設定鋪覆分析的順序。注意：參數inn=2和neips=20。
步驟3：以LS-DYNA進行鋪覆(Draping)分析，開啟LS-Dyna Manager，并開啟dyn檔來執行分析。完成分析后，再以LS-Prepost讀取d3plot檔，確認鋪覆分析的結果。
步驟4：LS檔中包含纖維墊的纖維排向和厚度。輸出LS檔的步驟為：開啟MDXLSResultFileGeneration.exe檔(在Bin文件夾中)，接著輸入LS檔的文件名、存放路徑、blank訊息。BAT檔和LS檔會產生在設定的文件夾位置。
步驟5：在LS-PrePost中，以LS-Dyna鋪覆分析的結果載入d3plot檔。以BAT檔產生LS檔的纖維墊的纖維排向數據。
注意：在LS-DYNA的分析中只提供連續纖維編織的角度，并將此纖維角度投影到 Moldex3D MCM 專案上。
步驟6：建立一個新的 Moldex3D 3D-Solid 加上嵌件的項目。
展開 在產品的設計時間，會根據產品所需要的機械強度來設計鋪覆迭層的層數與順序；不同的強化材料鋪覆將會影響到樹脂轉注成型(RTM)制程中的流動與翹曲行為。
為了讓使用者可評估鋪覆方向對于產品翹曲的影響，Moldex3D R16 的RTM Warp功能支持產品翹曲分析。由于使用非等向性纖維布作為強化材料，因此建立模型的過程，不僅需要設定非等向性材料性質，還需要根據迭層設計來設定迭層排向。Moldex3D RTM精靈支持迭層排向的指定與模型的建立，材料精靈則支持正交異性迭層材料的機械性質設定，最后提供給翹曲分析求解器以及翹曲結果顯示。
使用RTM精靈分別設定兩組不同的迭層堆棧的方式：0°/0°/0°與0°/90°/0°，如圖一所示。建立模型階段設定材料的機械性質(圖二)，接著進行流動分析，最后再進行翹曲分析，分析結果如圖三所示。
圖一 RTM精靈設定迭層的方向
圖二 設定樹脂與迭層的機械性質
圖三 迭層方向對于翹曲分析結果的影響
Moldex3D R16 RTM Warp支持了正交異向材料模型，可預測不同迭層鋪覆方向對于翹曲結果的影響，提供使用者評估的工具，減少優化生產條件時的試誤次數。
展開 在虛擬工藝鋪覆過程中，需要對鋪覆結果進行評估，鋪覆性不好的地方應采取合理分塊、更改鋪層起始點，剪口，補片等設計手段對分塊或者鋪層原點進行優化，直至鋪覆性分析完全通過。
本文中的碳纖維復合材料外板結構簡單，外形流暢光順，在所選預浸料布幅足夠的情況下直接整體鋪覆；內板結構較為復雜，為了滿足預浸料鋪覆的工藝性，需要分塊鋪覆。
基于西門子Fibersim復合材料設計軟件，對外板和內板的各鋪層方向織物的鋪覆性進行了分析和優化，內板和外板工藝鋪覆性良好，能夠滿足制造需要。車門外板鋪覆性效果如圖4.1所示，車門內板鋪覆性效果如圖4.2所示。
圖4.1 車門外板鋪覆性效果
圖4.2 車門內板鋪覆性效果
鋪層展開圖用于復合材料車門的制造，導出數據可以直接作為自動裁布機可識別的信息。碳纖維復合材料車門內板0/90°方向鋪層展開圖如圖4.3所示。
圖4.3 車門內板鋪層展開圖
5 連接設計與裝配
在復合材料連接設計技術中，一般需要考慮到結構件傳遞載荷的大小、連接部位的重要程度、被連接件的材料特性等因素，除此之外還要從環境狀況、可檢測性、可拆卸性及可修理性以及工藝性和制造成本等方面進行考慮。復合材料連接一般分為機械連接、膠接及混合連接。
5.1機械連接
圖5.1 機械連接示意圖
5.2膠接連接
復合材料的膠接是指借助膠粘劑將零件連接成不可拆卸的整體，是一種較實用、有效的連接工藝技術，在復合材料結構連接中應用較普遍。膠粘連接接頭的結構設計形式也是多種多樣的，根據被粘物形狀可分為平面搭接、角形搭接、T形粘接和管、棒形粘接等形式；根據材料的粘接方式又可分為對接、搭接、插接、階梯搭接等等。膠接連接示意圖如圖5.2所示。
展開 主要包含熱壓罐工藝仿真解決方案，RTM工藝仿真解決方案，復合材料力學性能分析。具體流程如圖1所示。
圖1 ESI 復合材料設計和制造一體化解決方案
針對RTM工藝，ESI擁有一套完整的仿真解決方案，包括在纖維布的鋪覆分析（PAM-FORM非金屬材料成型工藝軟件），復合材料RTM填充分析、固化分析（PAM-RTM復合材料液態模塑成型分析軟件）、復合材料固化變形分析（PAM-DISTORTION復合材料脫模變形分析軟件）。其中纖維鋪覆過程產生的纖維方向的變化對RTM填充過程影響非常大，可以將在PAM-FORM軟件里得到的纖維剪切角導入到PAM-RTM軟件中，用于調整纖維方向的變化對滲透率的影響。在PAM-RTM軟件里計算得到的固化結果之后，將其導入PAM-DISTORTION軟件里，進行該制件的固化變形分析。具體流程如圖2所示。
圖2 ESI RTM工藝仿真解決方案
對復合材料RTM制件進行工藝仿真，從而預測纖維鋪覆過程中的褶皺、橋接、纖維剪切角、厚度的變化以及優化的平面圖；協助選擇最佳的LCM工藝和參數；選擇注射口和氣孔，防止干點；計算注射過程中的壓力分布；計算流體前端的速度；預測與優化充填和固化時間；協助新模具開發和改進現有模具，降低RTM工藝模具的成本；預測制件的固化變形、殘余應力[1]。
3 理論基礎
RTM工藝過程涉及到干纖維布的鋪放、樹脂的流動、溫度的變化、樹脂的固化以及制件的脫模變形。本文采用粘彈性本構方程描述纖維布鋪覆過程；采用達西定律描述樹脂在多孔介質中的流動現象；采用傳熱模型描述模具和制件的熱傳導、制件的對流換熱、熱生成、表面熱量的損失等現象；采用固化反應動力學方程描述樹脂的固化反應；采用殘余應力模型描述制件的脫模變形過程。
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連續纖維復合材料產品使用非等向性纖維布作為強化材料；而強化材料的非等向性會影響到最終產品的機械強度。在產品的設計時間，會根據產品所需要的機械強度來設計鋪覆迭層的層數與順序；不同的強化材料鋪覆將會影響到樹脂轉注成型(RTM)制程中的流動與翹曲行為。
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圖1 ESI 復合材料設計和制造一體化解決方案
針對RTM工藝，ESI擁有一套完整的仿真解決方案，包括在纖維布的鋪覆分析（PAM-FORM非金屬材料成型工藝軟件），復合材料RTM填充分析、固化分析（PAM-RTM復合材料液態模塑成型分析軟件）、復合材料固化變形分析（PAM-DISTORTION復合材料脫模變形分析軟件）。
