Moldex3D模流分析之SYNC for SOLIDWORKS的纤维配向分析

纤维 (Fiber)

Moldex3D 纤维配向分析模块协助预测纤维强化材料的纤维配向、塑件翘曲及非等向性机械性质结果。此模块支持

-计算短与长纤维强化热塑性材料（FRTP）的纤维配向。

-修正射出成型FRTP塑件的非等向性收缩与机械特性。

-链接Moldex3D翘曲分析模块，计算FRTP塑件的三维翘曲结果

1. 纤维功能导览 (Fiber Function Overview)

纤维分析 与 流动(Flow)、保压(Pack) 和 翘曲(Warp) 模块结合。由于流动的结果，纤维效应会对翘曲产生很大影响；但是，使用者需要专用的授权代码来执行纤维分析。

Moldex3D纤维配向分析模块使用 Folgar-Tucker 模型及其对长纤维的修正式来计算纤维配向。Moldex3D 材料精灵提供适合的材料参数以产生准确的分析结果。在材料类别（material grade）的分层结构中，材料类别项目旁的标示此材料为纤维添加塑料。并且，透过将该材料加入至用户数据库，则能修改纤维相关的参数值。

Moldex3D的纤维配向计算是在整个充填和包压的过程中使用 Folgar-Tucker 方程式来完成的。因此必须与流动和保压分析一起执行，以准确模拟纤维配向的流动历程。此外，考虑纤维配向的模拟分析会需要较长的计算时间。

• 纤维配向的定义 (Definition of Fiber Orientation)

单一纤维的配向向量定义为p，其机率函数为Ψ(θ, ϕ)，而一条纤维出现于(θ, ϕ)与(θ+dθ, ϕ+dϕ)之间的机率为Ψ(θ, ϕ)sin(θ)dθdϕ。此外，机率分布必须符的合物理条件如下：

1.纤维两端视为相同，且

2.纤维在全部方向出现的机率总和为 1

配向向量p的定义

从工程的角度来看机率函数 Ψ(θ, ϕ) 的直接计算是非常耗时的，因此使用二阶纤维配向张量 Aij，如下所述。

若 Aij 为对称张量，则满足：

Aij = Aji

A11+ A22+ A33=1

因为配向的张量矩阵是实数且对称，所以有三个正交特征向量e1、e2 及e3，以及三个特征值λ1、λ2及λ3，每个特征值的范围从0到1。在配向的结果呈现上，纤维配向分布可由最大特征值及对应的特征向量点图描述。向量的配向代表主要的纤维配向方向，且其大小（以彩色显示）代表配向的强度。

如果配向是随机的，最大特征值将为1/3；同理，如果纤维配向为单向，最大特征值将近于1。

第一种方法是四阶配向张量封闭 (4th orientation tensor closure)，其包含三种模式：Hybrid (原始Moldex3D纤维配向计算分析模型)、ORE (正交性封闭近似模型) 以及 IBOF (正交性封闭近似修正模型)。这些模型的特性如下所列。

第二种方法是 旋转扩散 (Rotary Diffusion)，其包含三种模式：Folgar-Tucker (原始Moldex3D纤维配向计算模型)、ARD (非等向性旋转扩散模型) 以及 iARD (非等向性旋转扩散修正模型)。这些模型的特性如下所列。

第三种方法是使用 Retard Principal Rate (RPR) 以考虑纤维与基质的交互作用，改善原始 Folgar-Tucker 模型方法，解决浓缩悬浮液中配向张量改变率预测过高的问题。RPR模型alpha因子建议为从0到1 (因子值越大，RPR效果将会越明显)。