Moldex3D模流分析之片状预浸材压缩成型的数值模拟

压缩成型制程常被产业界用于制造复杂的复合材料产品(图一)，其中片状预浸材(Sheet Molding Compound, SMC)、玻璃纤维热塑性材料(glass mat thermoplastic, GMT)及预浸料(Prepreg)成型，是实务上常使用的压缩成型种类。然而复材的流变特性包括了固态和液态行为，造成在模拟分析上的困难；其原因是商用的仿真软件，通常只具备液态行为或结构变形其中一种的计算功能；而这两种计算应用，是来自于不同的方程式。

图一 压缩成型制程

片状预浸材压缩成型的数值模拟整合了两种方法，包括计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD）和计算结构力学(Computational Structural Mechanics, CSM)，分别用以预测压缩成型过程中的片状预浸材的产品变形和流动行为。

要完整仿真该制程，必须结合FEA软件LS-DYNA以及模流分析软件Moldex3D，分别以CSM和CFD研究压缩成型制程中的行为(图二)。LS-DYNA负责计算原始的纤维垫形状、温度、应力及非等向性材料性质；接着这些计算结果将投射到Moldex3D，由Moldex3D接手完成压缩成型分析(图三)。二者整合之后，在Moldex3D的流动和翘曲分析结果中，成功地呈现出片状预浸材在模压成型的复杂行为。

图二 LS-DYNA与Moldex3D整合流程图

图三 可以成功模拟压缩制程中的翘曲变化

此功能是Moldex3D 2022的一项突破，透过与LS-DYNA的整合(片状预浸材的变形行为由LS-DYNA计算而得；液态行为和纤维排向则是由Moldex3D计算而得)，使用者能够完整且精准地模拟片状预浸材在压缩成型制程中的各个阶段状态，为产品及制程设计提供了更可靠的信息。