Moldex3D模流分析Warp参考资料之数值方法、模拟结果及其定义

• 数值方法 (Numerical Method)

有限元素法

有限元素法常被用来分析许多工程上及数学上的问题。其典型的应用包括应力分析、振动分析、热传分析、流体分析等等。在有限元素法中，其解区间是由许多被称做有限元素的互相链接的小单元所构成。因此，ㄧ个很复杂的问题可以被近似为数个元素的的结合。在每个元素中，都假设有一个近似解并依此推导出其总平衡的条件，当条件都满足时就可以得到近似解。目前，Moldex3D采用有限元素法来解决射出成型过程中的翘曲问题。

薄壳有限元素

Shell模型存在两种网格元素：1D线元素是由两点定义并用在流道的网格模型；2D面元素是由三点定义并用在塑件的网格模型。

1D & 2D 有限元素

Shell网格

实体有限元素

网格是由元素及节点所构成。元素是由节点所连结及定义。Moldex3D中用了许多形式的元素：4节点四面体元素，5节点角锥元素，6节点棱柱元素，8节点六角元素。这些线性元素如下图所示：四面体元素构成的实体网格。

Moldex3D/Solid-Warp也支持二次型式元素，虽然使用线性元素较二次型式元素不秏内存及CPU处理时间，但二次型式元素具有较高的准确性。二次型式元素包括10节点四面体元素，15节点棱柱元素及20节点六角元素。Moldex3D/Solid-Warp 支持二次型式元素的自动转换以利模拟的准确性。

3D有限元素

四面体网格

矩阵分析核心

有限元素法使用矩阵分析核心辅助处理工程及数学上的问题。有限元素法可将问题简化成一个到数个线性代数方程式的群组。这些方程式中多以 Ax = B的形式呈现，其中A是方程式的矩阵，B是边界条件的向量，而x是问题的解。在这样的形式下就可以应用矩阵分析核心来求解。

一般来说，method 分析核心可以分成两部份：直接计算法与反复计算法。直接计算法有三种：(1)由行列式值来解。(2)由反矩阵法来解。 (3) 以连续消去法来解。直接计算法的好处再于使用者可以预测解一方程式群组所需的时间并得到方程式解的准确度。反复计算法在计算较大的方程式时比直接计算法更有利。

强化版翘曲计算

总地来说，标准板翘曲 (Standard Warp) 求解器能够很不错地预测翘曲的趋势，但在冷却时间影响较为敏感的情形却可能有量值上准确的不足，收缩行为会被过度的预测。

而另一方面，强化版翘曲 (Enhanced Warp) 求解器会考虑黏弹性(VE)翘曲行为、瞬态温度变化(Ct)及模内干涉(IMC)效应。因此分析需要较多的计算资源及时间，其进行结算的流程如下所示。

• 模拟结果及其定义 (Definitions of Simulation Outputs)

位移

在x, y, z 的各方向，u表示沿 x 轴的变形量。

线性体缩率是以当方向的最大位移除以塑建在此方向的尺寸，而最大变形量定义为：

Moldex3D提供各种结果来帮助使用者了解翘曲的产生及其原因，例如总位移量、热位移和纤维配向影响位移。

(X, Y, Z) 总位移

总位移表示由开始至当时点，在顶出后并冷却到室温，所有因素导致的位移量迭加。

(X, Y, Z) 热位移

热位移表示塑件在顶出后，在冷却至室温时有与热应力导致的变形。

X, Y, Z) 模内收缩效应位移

模内收缩效应表示塑件在模具中顶出前的冷却时受到模壁拘束下所导致的变形量。

(X, Y, Z) 纤维配向效应 位移

纤维配向效应表示以下两者情况的变形量差距：(1) 考虑所有因素；(2) 假设随机数纤维配向以排除纤维配向效应，结果和展现非均质纤维配向下的材料性质差异。

(X, Y, Z) 随机数 纤维配向效应 位移

随机数纤维配向效应不考虑纤维配向的影响，所以假设各区纤维配向为随机数再计算由顶出到冷却至室温的翘曲变形。

凹痕

凹痕为塑件表面出现局部的陷落，其原因为成型中局部的冷却收缩过大。

凹痕指数 (Shell)

凹痕指数为Shell表示体缩量值的结果，为正规化之无因次值。该量值范围为0到1，较大量值表示较大的变形程度。

Pi : 当前节点P的第i-th相邻节点P; Δhi : Pi 的厚度收缩 ; di : P 与 Pi 的间距。

•凹痕数值 (Shell)

凹痕指数是Shell 的翘曲结果，代表了凹痕实际的收缩量。

最终厚度

最终厚度是当塑件完全固化的结果，其厚度变化受成形过程中的收缩影响。

平坦度

平坦度定义为特定节点与参考平面的距离，而参考平面可定义为：(1)利用网格元素；(2)利用三个不同的节点；(3)利用一个平面方程。

非均匀材质

含有填料的塑料一般会呈现非均匀材质，而含纤材料则与其成型过程改变的纤维配向有关。 Moldex3D Warp 提供使用者各种模数结果来表示其硬度： •主模数表示应力主轴上纤维配向影响下的应力模数 •平均模数表示第二应力主轴上纤维配向影响下的应力模数 •次模数表示应力次轴上纤维配向影响下的应力模数 •各轴 (X, Y, Z) 次模数表示应力次轴上纤维配向影响下的应力模数