Moldex3D模流分析之FEA 介面模組 (FEA Interface)

功能

1. 初始应力 (Initial Stress)

初始应力的输出是将由于PvT行为导致的塑件收缩转换为施加在翘曲变形前原始模型的预应力(Pre-Stress)。此数据可用以在其他FEA求解器上接续应力分析。此数据是由初始应变进一步转换而来的，可以表示如下(D是元素上的硬度矩阵)：

注：由于初始应力数据源是网格元素本身，所以较能避免如取自节点的初始应变一般受到与嵌件交界面上的节点影响正确性。

2. 初始应变 (温度差) (Initial Strain As Temperature Difference)

塑料产品的收缩(体积V)与它们的热膨胀系数α 和可压缩率有关，也就与PvT的性质有关，根据小变形理论，假设高分子是一正交性材料（Orthotropic properties），初始应变 ε 可以由体缩率S来获得，表示为：

对于CAE软件，体缩率可以由等效温差 ΔT 来表示，不需要实际给定降温，直接将体积收缩率汇入CAE计算变形即可以已线弹性分析来仿真对原始网格所造成的变形。初始应变与等效温差的关系可以表示为：

3. 热残留应力 (Thermal Residual Stress)

一个射出成型的塑件是从高温熔胶凝成固体而成型的。温度和压力的变化引起体积收缩（volumetric shrinkage）而产生内力（internal forces）或内应力（internal stresses）。这些内应力，也称为残留应力（residual stresses），造成塑件的翘曲（warpage）。有很多因素会影响塑料的残留应力，如材料选择、零件设计、模具设计、和加工等因素。通过 Moldex3D FEA 接口模块可以从射出成型分析中输出残余应力的数据。热残留应力（Thermal Residual Stress）已是翘曲变形后的结果，要搭配变形后的网格以预应力（Pre-Stress）的方式使用，不可与初始应变（Initial strain）及流动残留应力（Flow induced residual stress）迭加分析。

注：此功能不支持shell模型。

4. 流动残留应力 (Flow-Induced Residual Stress)

此选项以考虑流动残留应力对翘曲变形的影响，若输出流动残留应力，Moldex3D FEA 接口模块将会读取充填/保压分析输出的的流动残留应力结果 (由VE模块启用)。在线弹性分析中是可以与初始应变做迭加使用。

注：此功能不支持shell模型。

5. 缝合线区域强度 (Weld-line Strength)

缝合线或结合线是在充模过程中，分离的流动波前在同一位置相遇时形成的。缝合线看起来像是塑料塑件外观的裂缝，其区域的局部机械强度可能会明显降低。由于在缝合线区域的机械强度有可能会大幅减弱，因此可能是结构分析中最重要的问题之一。透过 Moldex3D FEA接口模块可将塑件的几何和缝合线的强度结果，输出至应力分析求解器。点击缝合线输出的设定>>可以编辑不同缝合角度的对应剩余强度。

6. 冷却温度分布 (Cooling Temperature Distribution)

不平衡的冷却会使收缩不均匀而造成翘曲。冷却结束温度输出 (End-of-Cooling temperature output) 可用于分析退火加工，并获得可能的解决方案，来解决翘曲问题。

注：此功能不支持shell模型。

如果分析程序中有瞬时冷却分析，可以输出在冷却过程阶段不同时间的温度分布。

7. 密度分布 (Density Distribution)

密度分布会影响模式分析 (mode analysis) 的共振频率，因为塑料的密度会随着温度和压缩程度的变动而变化。温度越高，密度越低，压缩程度也越大。此外，透过研究密度分布可以处理模态分析(modal analysis)。

注：密度分布结果不支持 shell 模型。

8. 非等向性的材料 (Anisotropic Material)

若材料中含有纤维，该材料会因纤维配向而产生非等向性的机械性质。Moldex3D FEA 可以计算和输出完整的 6x6 应力-应变关系矩阵（stress-strain relationship matrix) [D]，以  21 个常数将 x, y, z, xy, yz, xz 项互相联系，如下式：

此外，Moldex3D 支持输出前次射出具非等向性性质的塑件嵌件的材料数据。要启用此功能，请检查计算参数 (Computation Parameter) 的设置。

设置前次射出的塑件嵌件 (Part Insert) ID

9. 材料数减量 (Material Count Reduction)

由于纤维配向和强度的影响，在模型中的每一个元素其结构强度不尽相同。而在多数专业CAE结构软件分析下，材料数量多寡将会影响整体分析的时间。

此Moldex3D FEA会依据元素间的纤维配向和强度之相近关系，来决定输出材料数量。提供6个缩减选项在纤维配向选项中，(如下图所示，默认值为材料参数减化-中间值)。

注：这些参数仅适用于Solid 模型。

10. 映像功能 (Map Function)

有限元素分析 (finite element analysis) 或有限体积分析 (finite volume analysis) 的准确性非常依赖网格。除元素质量外，网格结构是另一个关键因素。网格结构，在射出成型分析中和结构分析中，要求不同，因为两者分属不同领域。结构分析关注重点在于应力集中的区域，而射出成型则强调沿厚度方向需有更高的元素分辨率。射出成型分析特别需要更多的网格元素，以及比结构分析有更多样化的网格密度。因此，即使将结构分析纳入射出成型分析过程，在产品顶出后，产品的结构分析还有更多的测试空间。

为了解决这种棘手的局面，Moldex3D FEA提供元素性质映像 (map) 功能，可将Moldex3D网格映射至使用者定义的网格。这种方法会寻找两个网格之间相匹配的元素，然后，指派适当的元素性质给指定的网格。

目前，Moldex3D的Shell模型支持四种网格文件格式。

•Moldex3D shell 网格档（*.msh）

•ABAQUS 网格档（*.inp）

•ANSYS 网格档（*.ans;*.cdb）

•NASTRAN 网格档（*.bdf;*.dat;*.nas）

对于 solid 元素，Moldex3D 支持使用者定义的网格的各种文件格式，如：

•Moldex3D Solid 网格档（*.mfe）

•ABAQUS 网格档（*.inp）

•ANSYS 网格档（*.ans;*.cdb）

•NASTRAN 网格档（*.bdf;*.dat;*.nas）

由Mentat (*.dat) 建立的 Marc 网格档

•LS-DYNA 网格档（*.dyn）

•Optistruct网格档（*.fem）

•Patran 网格档（*.pat）

在FEA接口 (FEA Interface Function Option) 中，要映像元素性质到其它网格档案，首先在 输出网格档于 (Output mesh as）: 的下拉式选单中选择 Mapped。然后在网格档 (Mesh file) 方框中选取一个要映像到的网格档案。在选取所需的映像项目连同在功能选项  (Function options) 列表中的原始网格之后，单击汇出（Export），所有的元素数据将映像到选定的网格档里。

11. 映射网格的调整 (Mapped Mesh Adjustment)

映像功能是以坐标来定义数据转换。原始网格和映像网格必须在同一位置。当两个网格位于不同的空间，转译过来的数据会有误差。为了解决这个问题，Moldex3D FEA接口模块提供一个新的功能来调整映像网格的位置。

在输出接口 (FEA Interface Function Option)中，单击 检视/编辑模型定位 (View/Edit model mapping)。

Designer 接口会自动启动。

自动转换 (Auto transition)：自动旋转或移动映射网格以匹配原始网格的位置。

原始的 (Original)：保持映像网格在其原始位置。

3-点映射 (3-point mapping) ：以定义 3 个点来调整映像网格的位置。

Point 1：定义在原始网格上和映射网格上的 Point 1  (这两个点会重合)

Point 2：在原始网格和映射网格上，以相同的方向定义 Point 1 到 Point 2。

Point 3：定义相关的角度 (选择在同一表面上的任意点)。

12. 3D至Shell 网格映射 (3D to Shell Mesh Mapping)

根据以下步骤，将 3D 结果映射到一个 Shell 网格模型，以使执行薄壳结构分析。

注：仅支持部分应力分析求解器的网格档，不支持时则不会有这个选项

步骤1：准备一个结构分析求解器使用的 Shell 网格。

步骤2：开启即将要把 3D 分析结果映像到Shell模型的项目，并开启FEA接口模块。

步骤3：从应力求解器 (Stress solver) 的下拉式选单选择支持此功能的求解器。

步骤4：从输出网格档于(Output mesh as) 的下拉式选单中选择3D mapping to shell。

步骤5：选择被映像的档案 (the mapped file)。选择 *.dyn 档案，然后单击开启 (Open)。

步骤6：从接口中间列出的功能选项 (Function options) 中，选取塑件分析结果。

步骤7：选择输出档案的目的地，然后，按输出 (Export)，输出该结果。

13. 高阶元素 (High Order Element)

有时候高阶元素 (Quadratic elements) 会用来作更精确的模拟。因此，Moldex3D FEA 进一步支持将一般元素自动转译为高阶元素。为达成这个目标，在元素种类 (Element type) 列表中选择线性/输出高阶元素 (Linear / Output as high order element)，如下图示。注意，ANSYS 的应力分析引擎将Soild-185 视为线性，将Solid-186视为高阶元素。

当选择输出高阶元素(Output as high order element)，Moldex3D FEA 会自动转译为该元素类型。

FEA 接口模块选项