纖維配向分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
纖維配向分析的視頻教程
（無聲-配字幕說明）碳纖維復合材料在汽車輕量化中應用建模分析及后處理
碳纖維復合材料在汽車輕量化中應用建模分析及后處理 1. 導入原始模型 2. 新建碳纖維復合材料模型 3. 選擇關鍵碰撞零件輕量化 4. 防撞梁碳纖維復合材料定義，鋪層定義，鋪設角度定義 5.導出提交計算 6. 重量測量 7. 后處理 曲線提取 能量曲線， 前圍板變形量（多位置） 座椅加速度/位移、速度。 如何把兩個曲線放在一個圖上
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纖維配向分析的實例教程
纖維配向分析簡介
纖維強化塑料（Fiber Reinforced Plastics，FRP）因其優秀的機械性質、高強度重量比、高耐腐蝕性及高抗蠕變性，被廣泛使用為主要材料。纖維強化塑料產品的機械性質取決于纖維長度與配向，而長纖維的長度在成型時易被剪斷。此外，配向程度會造成纖維機械性質之非等向性。射出成型過程中，因流場與固化層的影響，靠近模壁的纖維會沿著流動方向排列，而遠離模壁的纖維則會與流動方向垂直。由于纖維強化塑料產品因外部負載而產生的變形、斷裂及極限強度相當難以預測，因此，設計者在考慮選用纖維強化塑料時，在產品設計上會受到一定的局限。
纖維配向的示意圖
Moldex3D纖維配向分析模塊功能導覽
Moldex3D纖維配向分析模塊協助預測纖維強化材料的纖維配向、塑件翹曲及非等向性機械性質結果。此模塊支持：
1.計算短與長纖維強化熱塑性材料（FRTP）的纖維配向。
2.修正射出成型FRTP塑件的非等向性收縮與機械特性。
3.鏈接Moldex3D翹曲分析模塊，計算FRTP塑件的三維翹曲結果。
Moldex3D將纖維配向分析整合至充填、保壓及翹曲分析模塊，在充填階段纖的維配向效應將對翹曲結果有非常重要的影響。
注意：執行纖維配向分析需要其專屬的授權。此外，Moldex3D纖維配向分析模塊支持所有Solid、Shell及eDesign網格模型。
Moldex3D纖維配向分析模塊使用Folgar-Tucker模型及其對長纖維的修正式來計算纖維配向。Moldex3D材料精靈提供適合的材料參數以產生準確的分析結果。在材料類別（material grade）的分層結構中，材料類別項目旁的標示此材料為纖維添加塑料。并且，透過將該材料加入至用戶數據庫，則能修改纖維相關的參數值。
1.
展開 纖維 (Fiber)
Moldex3D 纖維配向分析模塊協助預測纖維強化材料的纖維配向、塑件翹曲及非等向性機械性質結果。此模塊支持
-計算短與長纖維強化熱塑性材料（FRTP）的纖維配向。
-修正射出成型FRTP塑件的非等向性收縮與機械特性。
-鏈接Moldex3D翹曲分析模塊，計算FRTP塑件的三維翹曲結果
1. 纖維功能導覽 (Fiber Function Overview)
纖維分析 與 流動(Flow)、保壓(Pack) 和 翹曲(Warp) 模塊結合。由于流動的結果，纖維效應會對翹曲產生很大影響；但是，使用者需要專用的授權代碼來執行纖維分析。
Moldex3D纖維配向分析模塊使用 Folgar-Tucker 模型及其對長纖維的修正式來計算纖維配向。Moldex3D 材料精靈提供適合的材料參數以產生準確的分析結果。在材料類別（material grade）的分層結構中，材料類別項目旁的標示此材料為纖維添加塑料。并且，透過將該材料加入至用戶數據庫，則能修改纖維相關的參數值。
Moldex3D的纖維配向計算是在整個充填和包壓的過程中使用 Folgar-Tucker 方程式來完成的。因此必須與流動和保壓分析一起執行，以準確模擬纖維配向的流動歷程。此外，考慮纖維配向的模擬分析會需要較長的計算時間。
? 纖維配向的定義 (Definition of Fiber Orientation)
單一纖維的配向向量定義為p，其機率函數為Ψ(θ, ?)，而一條纖維出現于(θ, ?)與(θ+dθ, ?+d?)之間的機率為Ψ(θ, ?)sin(θ)dθd?。
展開 Shell模型結果 (Result with Shell Model)
?在窗口顯示輸出的圖形
針對Shell模型，纖維配向分析將不會影響充填與保壓結果，例如：流動波前時間、溫度、壓力等。然而，如果加入纖維配向分析，將會額外的結果項目，例如：纖維配向（平均）、圖層1的纖維配向（芯層）、圖層2的纖維配向……圖層6的纖維配向及圖層7的纖維配向（皮層）。圖層數量可在計算參數中設定，厚度方向的圖層數量為n，所以纖維配向圖層的總數將為n+1，其中，圖層1為對稱平面上的配向，而圖層(n+1)為產品表層。
芯層與皮層的示意圖
纖維配向（平均）設定如下。
H為塑件厚度，z為厚度方向。
2. Solid and eDesign
?在窗口顯示輸出的圖形
Solid/eDesign模型的分析結果有纖維配向（皮層）與纖維配向，纖維配向（皮層）是塑件表層的配向，而纖維配向為配向的三維分布，可以剖面功能輔助顯示結果細節。
纖維配向（皮層）
纖維配向
由動態結果剖面功能展示纖維配向分布
由多平面結果剖面功能展示纖維配向分布
輸出至其他軟件執行后段分析
Moldex3D能將纖維配向結果以不同文件格式輸出至其他CAE軟件進行結構分析。Moldex3D提供射出成型制程的模擬結果，包含后段結構分析所需的材料特性，材料性質經過成型階段已發生改變，透過Moldex3D FEA接口模塊可直接輸出至結構分析模型檔案。此外，Moldex3D也支持模流分析成型結果經由Digimat作檔案轉換。關于Moldex3D FEA接口模塊或Digimat的操作說明，請參閱FEA接口或Digimat的章節。
展開 數量平均纖維長度
重量平均纖維長度
片狀配向 (Flake Orientation)
? （相對于長／短纖維配向）
一些塑料會用片狀填充物取代長纖維，現在Moldex3D材料精靈支持這種特殊的材料類型。
為了觀看分析后的片狀配向（Flake Orientation）結果，所選的材料必須包含片狀填充塑料的機械性質。使用者可在材料精靈中使用修改（Modify）功能，修改纖維特性為片狀（flake），如下所示。
材料設定之后，在計算參數的充填／保壓（Flow/Pack）標簽中，勾選執行片狀配向分析（Run flake orientation analysis）的選項。關于片狀參數的進階設定，點擊下方的進階（Advanced）進入設定窗口。注意：由于形狀的關系，不支持片狀填充物的纖維斷裂計算。
設定完成后即可進行分析，返回Moldex3D Studio，點擊分析序列（Analysis sequence）并選擇 瞬時分析(Transient Analysis) –Ct F P Ct W，以執行纖維配向分析。注意：請根據使用者的需求，從下拉式選單中選擇適合的分析序列。
展開 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。
纖維排向在Y方向
塑料在充填/保壓結束時纖維排向的Y方向分量。
纖維排向在Z方向
塑料在充填/保壓結束時纖維排向的Z方向分量。
纖維配向
纖維配項結果顯示主要纖維指向的配向分布，也因此其最小值為隨機數配向的1/3。
顯示塑料當下的表層纖維配向分布情形一般而言此配向值因為靠近模壁高剪切流動區，因此被流場剪切配向的情形較為明顯。
當融膠進入噴嘴,流道與閘口，高剪切應力很容易造成纖維斷裂。如需此結果項，請至計算參數的進階流動設定。
平均纖維長度(依數量)
在一空間區域內顯示的預測數值表示纖維斷裂后平均長度 (依照纖維的數量作為權重)。
平均纖維長度(依重量)
在一空間區域內顯示的預測數值表示纖維斷裂后平均長度 (依照纖維的重量作為權重)。
纖維濃度結果顯示了纖維濃度在塑件中的分布。適量的的含有纖維能夠加強成品的結構強度。但是過度不均勻的纖維濃度分布，會導致翹曲或表外觀的瑕疵。如需輸出纖維濃度結果，請在進階計算參數中啟用纖維濃度的計算。
纖維濃度(體積百分比)
纖維濃度(體積百分比) 結果將纖維濃度以體積百分比表示。
纖維濃度(重量百分比)
纖維濃度(重量百分比) 結果將纖維濃度以重量百分比表示。
射出成型塑件的表面質量會受到塑件中，可利用顏色強度作評估。當薄片充填物的排向分布不均勻，連帶會導致塑件成品表面質量不均勻。
展開 
纖維配向分析的最新內容
隨著CAE分析技術的進展，一個產品從設計到成型制程階段，生產者都能以更科學的方式找出問題的根源并改良設計，其中結構分析往往是評估產品耐用度的關鍵。傳統的方法會將產品設計的模型套用一個等向性材料進行模擬，然而這忽略了塑料加工的過程中，各個成型階段對產品造成的影響，也無法考慮在使用如含纖維塑料時的材料非等向性。
透過Moldex3D FEA接口，可以有效整合Moldex3D模流分析結果至其他結構分析軟件
隨著CAE分析技術的進展，一個產品從設計到成型制程階段，生產者都能以更科學的方式找出問題的根源并改良設計，其中結構分析往往是評估產品耐用度的關鍵。傳統的方法會將產品設計的模型套用一個等向性材料進行模擬，然而這忽略了塑料加工的過程中，各個成型階段對產品造成的影響，也無法考慮在使用如含纖維塑料時的材料非等向性。
透過Moldex3D FEA接口，可以有效整合Moldex3D模流分析結果至其他結構分析軟件
大部份的情況下，因為射出成型與結構分析所用的網格類型和數目會有不同，故我們會將射出成型所預測出來的纖維排向映像到結構分析的模型上。Digimat-MS支持使用者輸入已經完成映像的纖維配向數據，或用戶可在Digimat-MS中可將射出成型的結果映像到結構分析的模型上。此處示范在Digimat-MS中映像射出成型結果至結構網格的流程。
1.加載射出成型模型
a)點擊 Define manufacturing
如需要檢視顏色強度與表面質量的結果，需選用含薄片的材料并在計算參數中啟用計算薄片/纖維配向(參照進階分析中纖維下的章節)。
顏色強度(Color Intensity)
顏色強度結果項利用色階顯示了顏色強度在塑件表面的分布。
隨著CAE分析技術的進展，一個產品從設計到成型制程階段，生產者都能以更科學的方式找出問題的根源并改良設計，其中結構分析往往是評估產品耐用度的關鍵。傳統的方法會將產品設計的模型套用一個等向性材料進行模擬，然而這忽略了塑料加工的過程中，各個成型階段對產品造成的影響，也無法考慮在使用如含纖維塑料時的材料非等向性。
透過Moldex3D FEA接口，可以有效整合Moldex3D模流分析結果至其他結構分析軟件
如需要檢視顏色強度與表面質量的結果，需選用含薄片的材料并在計算參數中啟用計算薄片/纖維配向(參照進階分析中纖維下的章節)。
顏色強度(Color Intensity)
顏色強度結果項利用色階顯示了顏色強度在塑件表面的分布。
纖維 (Fiber)
Moldex3D 纖維配向分析模塊協助預測纖維強化材料的纖維配向、塑件翹曲及非等向性機械性質結果。此模塊支持
-計算短與長纖維強化熱塑性材料（FRTP）的纖維配向。
-修正射出成型FRTP塑件的非等向性收縮與機械特性。
-鏈接Moldex3D翹曲分析模塊，計算FRTP塑件的三維翹曲結果
1.
第一種方法是 四階配向張量封閉 (4th orientation tensor closure)，其包含三種模式：Hybrid (原始Moldex3D纖維配向計算分析模型)、ORE (正交性封閉近似模型) 以及IBOF (正交性封閉近似修正模型)。這些模型的特性如下所列。
第一種方法是 四階配向張量封閉 (4th orientation tensor closure)，其包含三種模式：Hybrid (原始Moldex3D纖維配向計算分析模型)、ORE (正交性封閉近似模型) 以及IBOF (正交性封閉近似修正模型)。這些模型的特性如下所列。
Composite 2023 :如何于Studio編輯RTM纖維布排向 (Composite 2023 : How to Set RTM Ply Layout in Studio)
?目前產業實務上的挑戰
樹脂轉注成型(RTM)是目前最具前瞻性的新興技術，其被廣泛運用于制造3C、汽車、造船、航天和風力發電等產品。RTM產業中仍面臨一些挑戰，例如：由于產品中纖維布鋪排對模流行為影響極巨，不正確的纖維排向
