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基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應(yīng)力分析及選材優(yōu)化 張 彥，許 典，趙希芳 ( 南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039)摘 要：分析了某多層堆疊模塊的焊接殘余應(yīng)力，討論了各功能層不同選材、焊接順序?qū)δK殘余應(yīng)力的影響，并給出了優(yōu)化方案。

GF30含玻纖熔接線 模流分析結(jié)果PA6-GF30殘余應(yīng)力 模流分析結(jié)果 PP-GF40玻纖殘余應(yīng)力結(jié)果 模流分析結(jié)果 PPS-GF30玻纖殘余應(yīng)力結(jié)果 所有材料，熔接線及玻纖排布基本一致，不再重復(fù)展示； 冷熱沖擊試驗(yàn)要求

光寶科技發(fā)現(xiàn)，CIS支架與玻璃組裝后，在產(chǎn)品的運(yùn)送過(guò)程中，殘余應(yīng)力釋放會(huì)導(dǎo)致CIS支架變形，進(jìn)而造成與玻璃脫膠問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，光寶科技借助模流分析軟件Moldex3D Advanced解決方案和FEA接口功能模塊，以及結(jié)構(gòu)分析軟件LS-DYNA，找出制程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品變形的影響。經(jīng)改良射出制程之后，光寶科技成功在預(yù)期時(shí)間內(nèi)制造出零缺陷產(chǎn)品。

</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><br></p><p>一、進(jìn)行模流分析時(shí)，很多材料數(shù)據(jù)在Moldflow材料庫(kù)里搜不到，怎么辦？

當(dāng)應(yīng)力與變形的分析結(jié)果是在不同的成型條件下，模座組件將會(huì)列入考慮之中，進(jìn)而能改善模具結(jié)構(gòu)以減少變形程度。Moldex3D應(yīng)力分析模塊功能導(dǎo)覽Moldex3D應(yīng)力分析模塊能讓用戶在射出成型分析之前或之后立即執(zhí)行線性應(yīng)力分析。應(yīng)力分析不需要其他分析結(jié)果即可執(zhí)行。然而，如果有其他分析結(jié)果，一些數(shù)據(jù)如流動(dòng)殘留應(yīng)力等能在應(yīng)力分析中被考慮為初始內(nèi)應(yīng)力。

(3) 應(yīng)力值偏高 圖. 8 為充填剪切應(yīng)力分布圖，此應(yīng)力值偏高產(chǎn)品中間處在 1 MPa 影響產(chǎn)品變形的主要因素。判圖解析：剪切應(yīng)力代表塑料在加工過(guò)程中由于剪切流動(dòng)造成的應(yīng)力大小。可由圖判別塑料流動(dòng)應(yīng)力是否過(guò)高，以做為是否使塑料材料產(chǎn)生裂解及過(guò)高殘余應(yīng)力 (residual stress)造成成品變形的參考。

?步驟5 下圖左為使用 Moldex3D 進(jìn)行充填分析后，并將纖維配向?qū)Σ牧闲再|(zhì)的影響經(jīng)由 FEA 接口輸出。由于產(chǎn)品中央處受纖維配向與縫合線的影響，材料彈性模數(shù)較低，計(jì)算結(jié)果顯示該區(qū)域應(yīng)力較低；若未考慮模流分析，則計(jì)算結(jié)果如圖右，產(chǎn)品上半部應(yīng)力分布均勻。顯示在未考慮模流分析結(jié)果時(shí)，可能導(dǎo)致應(yīng)力分析結(jié)果判斷錯(cuò)誤。

步驟6：點(diǎn)擊分析順序(Analysis) 開啟分析順序設(shè)定窗口，接著加入模座變形分析 (Mold Deformation –Md)，點(diǎn)擊開始分析(Run)。 步驟7：模座變形分析結(jié)果 Von Mises 應(yīng)力是應(yīng)力各分量計(jì)算得來(lái)的純量，可被用來(lái)評(píng)估韌性材料是否在外力施加下達(dá)到降伏點(diǎn)。一旦局部區(qū)域的Von Mises應(yīng)力超過(guò)降伏應(yīng)力，材料就會(huì)發(fā)生塑性變形。

結(jié)束語(yǔ) MPI/Flow通過(guò)對(duì)填充過(guò)程的模擬分析，有助于工藝人員從本質(zhì)上找出缺陷產(chǎn)生的原因，并提出消除缺陷的對(duì)策與方法，從而縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期和費(fèi)用，提高制品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的塑料制品。文章來(lái)源：moldflow模流分析

筆者在此領(lǐng)域從事仿真分析工作近10余年，為了讓后來(lái)者少走彎路，不踏坑，總結(jié)了一些在模流分析過(guò)程中的常見問(wèn)題，拋磚引玉，與業(yè)內(nèi)人士一起交流學(xué)習(xí)，總結(jié)如下：1.軟件選型：目前市場(chǎng)主流的商用的產(chǎn)品就是MoldFlow和Moldex3D兩款產(chǎn)品，，當(dāng)然也有其他的產(chǎn)品比如SolidWorks Plastic，Insprie Mold等；MoldFlow在塑膠領(lǐng)域名氣較大，在傳統(tǒng)的純塑膠件領(lǐng)域深耕多年

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師你會(huì)得到什么：1、掌握噴丸三維模型的繪制2、掌握顯示動(dòng)力學(xué)分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置3、理解顯示動(dòng)力學(xué)分析步的建立4、學(xué)習(xí)噴丸強(qiáng)化分析的相互關(guān)系的設(shè)置5、了解顯示動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格的劃分6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對(duì)比案例介紹：所使用軟件為ABAQUS2018

步驟5下圖左為使用Moldex3D進(jìn)行充填分析后，并將纖維配向?qū)Σ牧闲再|(zhì)的影響經(jīng)由FEA接口輸出。由于產(chǎn)品中央處受纖維配向與縫合線的影響，材料彈性模數(shù)較低，計(jì)算結(jié)果顯示該區(qū)域應(yīng)力較低；若未考慮模流分析，則計(jì)算結(jié)果如圖右，產(chǎn)品上半部應(yīng)力分布均勻。顯示在未考慮模流分析結(jié)果時(shí)，可能導(dǎo)致應(yīng)力分析結(jié)果判斷錯(cuò)誤。

導(dǎo)入功能是一個(gè)反向的數(shù)據(jù)傳輸，能將真實(shí)生產(chǎn)機(jī)器的工藝數(shù)據(jù)集和信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，傳輸回模流分析軟件。通過(guò)這種反饋，模流分析工程師可以檢查其模擬仿真的質(zhì)量，對(duì)比壓力曲線，并進(jìn)一步積累專業(yè)知識(shí)。 在當(dāng)前版本中，sim link與兩種模流分析軟件配合使用，即Autodesk的Moldflow和Simcon的Cadmould。

計(jì)算參數(shù)的[應(yīng)力] (Stress)標(biāo)簽 應(yīng)力類型分析 (Stress Type Analysis Type) 考慮流動(dòng)殘留應(yīng)力在應(yīng)力分析：當(dāng)此選項(xiàng)啟用時(shí)，計(jì)算時(shí)會(huì)讀取流動(dòng)殘留應(yīng)力 (如果流動(dòng)分析有啟用) 并將其影響考慮于應(yīng)力分析。

挑戰(zhàn)評(píng)估纖維排向?qū)?duì)象強(qiáng)度之影響判別產(chǎn)品應(yīng)力集中區(qū)域解決方案透過(guò)Moldex3D FEA界面，史丹利百得團(tuán)隊(duì)將射出成型過(guò)程中受流場(chǎng)方向影響的纖維排向結(jié)果輸出至Altair Multiscale Designer，再映像到Altair Radioss進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

于是，團(tuán)隊(duì)著手進(jìn)行凸轂特征的設(shè)計(jì)變更，并同時(shí)重復(fù)進(jìn)行模流分析及應(yīng)力分析。經(jīng)過(guò)設(shè)變和模擬之后，成功將凸轂斷裂處的強(qiáng)度從33kgf提升至40kgf，改善度達(dá)21% (見圖五)。 圖四 利用Moldex3D FEA Interface判別最大應(yīng)力集中區(qū)域 效益此產(chǎn)品在初次量產(chǎn)時(shí)，不良率為30%，經(jīng)由Moldex3D模流分析并重新設(shè)計(jì)后，良率提升了10%。

步驟5下圖左為使用Moldex3D進(jìn)行充填分析后，并將纖維配向?qū)Σ牧闲再|(zhì)的影響經(jīng)由FEA接口輸出。由于產(chǎn)品中央處受纖維配向與縫合線的影響，材料彈性模數(shù)較低，計(jì)算結(jié)果顯示該區(qū)域應(yīng)力較低；若未考慮模流分析，則計(jì)算結(jié)果如圖右，產(chǎn)品上半部應(yīng)力分布均勻。顯示在未考慮模流分析結(jié)果時(shí)，可能導(dǎo)致應(yīng)力分析結(jié)果判斷錯(cuò)誤。

提高了 3D 分析的翹曲計(jì)算精度對(duì)于泊松比較高（其泊松比大于0.5）的一些材料，針對(duì)3D 網(wǎng)格使用殘余應(yīng)力模型的翹曲分析精度已得到提高。主要針對(duì)未填充的聚合物進(jìn)行改進(jìn)。少量填充的聚合物復(fù)合材料也可能已更改翹曲結(jié)果。提高了中性面和 Dual Domain 分析的翹曲計(jì)算精度在沒有手動(dòng)約束的情況下，翹曲分析的精度取決于自動(dòng)選擇約束節(jié)點(diǎn)來(lái)固定剛體運(yùn)動(dòng)。在新版本中，自動(dòng)選擇約束已得到改進(jìn)。