搜索Moldex3D整合LS-DYNA預(yù)浸布分析 多材質(zhì)翹曲模擬更全面
2017-03-19 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
連續(xù)纖維復(fù)合材料提供產(chǎn)品優(yōu)越的強(qiáng)度性能,其利用不同編織布的迭層設(shè)計(jì)達(dá)到產(chǎn)品強(qiáng)度的可設(shè)計(jì)性,并保有質(zhì)量輕的特性。近年來(lái),隨著產(chǎn)品減重的需求日異增高,業(yè)界開始結(jié)合不同成型方式于連續(xù)纖維復(fù)合材料上,將預(yù)熱壓成型的纖維預(yù)浸布(Prepreg)作為嵌入件,并在預(yù)浸布上進(jìn)行二次射出加工,此方式可將功能性結(jié)構(gòu)附加到產(chǎn)品上,更進(jìn)一步提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)化,并達(dá)到減重需求(圖一)。
這樣的復(fù)合成型制程稱為兩階段包覆成型(two steps over molding),通常包含兩部分(圖二):纖維預(yù)浸布鋪覆程序(Draping process)及二次加工成型。纖維預(yù)浸布的成型方式是將干式纖維布預(yù)先浸潤(rùn)在室溫的樹脂中,再進(jìn)行低溫冷凍。接著利用機(jī)器手臂移動(dòng)片狀的固態(tài)預(yù)浸布放置在模具中,進(jìn)行鋪覆程序。
鋪覆程序是主要目的是賦予迭層纖維布產(chǎn)品外型,迭層好的纖維預(yù)浸布會(huì)照射紅外線加熱軟化,進(jìn)行壓縮成型后待成品固化,接著再進(jìn)行塑料射出灌注。成型后的產(chǎn)品包含連續(xù)性纖維預(yù)浸材及后射出的功能件部位,而如何有效預(yù)測(cè)結(jié)合兩者成型的產(chǎn)品特性行為是一項(xiàng)重要課題。
Source : Kauss Maffei, FiberForm lightweight parts The perfect combination of thermoforming and injection moldingmbination of thermoforming and injection molding
Moldex3D在R14版本整合了LS-DYNA分析連續(xù)性纖維鋪覆程序變形的能力:將鋪覆變形后的纖維布排向考慮到Moldex3D中,模擬預(yù)測(cè)包覆成型產(chǎn)品在進(jìn)行二次加工時(shí)復(fù)合材料產(chǎn)品翹曲變形的情形。其中LS-DYNA主要進(jìn)行連續(xù)性纖維壓縮成型的變形行為分析;
Moldex3D則接續(xù)LS-DYNA計(jì)算完成的預(yù)浸料固體變形,讀入幾何外型和連續(xù)性纖維排向分布結(jié)果,作為嵌件的幾何和材料特性參數(shù)。在流動(dòng)計(jì)算分析時(shí)考慮嵌件屬性的預(yù)浸布外型為邊界條件,而在翹曲計(jì)算時(shí)考慮嵌件為連續(xù)性復(fù)合材料,進(jìn)行多材質(zhì)的翹曲變形預(yù)測(cè)分析(圖三)。
圖四為Moldex3D研究案例。在連續(xù)纖維預(yù)浸材上方進(jìn)行塑料結(jié)構(gòu)件的二次加工,Moldex3D分析射出、保壓程序并進(jìn)行翹曲計(jì)算,并考慮非連續(xù)纖維的排向結(jié)果。
Moldex3D的多材質(zhì)分析功能,將單軸纖維預(yù)浸材料排向進(jìn)行三個(gè)方向的測(cè)試分析,產(chǎn)生強(qiáng)度在產(chǎn)品方向上的差異。結(jié)果得到Z軸位移在纖維排向45度時(shí)變形最大;纖維排向0度、90度時(shí)Z軸位移的變形較小,其中又以90度排向的最理想(圖五)。
Moldex3D的射出流動(dòng)分析會(huì)考慮非連續(xù)纖維的排向影響,并分離出塑料及纖維排向的影響。在此例中,塑料造成的收縮影響較大,造成產(chǎn)品產(chǎn)生Y方向較大的收縮;90度排向的連續(xù)纖維預(yù)浸材的方向則可以彌補(bǔ)此收縮量的影響,因此達(dá)到產(chǎn)品變形最小收縮量值的需求。
由本案例可了解兩階段包覆成型中,連續(xù)纖維預(yù)浸材的排向與射出成型的非等向性短纖維,都會(huì)影響產(chǎn)品的翹曲量值,并發(fā)現(xiàn)不同纖維排向主導(dǎo)了大部分的產(chǎn)品翹曲量值和趨勢(shì)。由此可見,Moldex3D模流分析后對(duì)兩階段包覆成型制程的流程規(guī)畫、翹曲預(yù)測(cè)可提供顯著幫助,進(jìn)而達(dá)到縮短上市時(shí)程、降低成本的功效。
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