Moldex3D模流剖析之两阶段模仿片状复材紧缩制程

  现在市面上缺少剖析片状复合材紧缩成型的商用软件。北美TOYOTA研究中心(TRINA)团队期望开发一个新的规划办法，来模仿剖析由非接连长纤片材组成的CFRP复合产品的活动及翘曲行为。在本事例中，TRINA团队开发了一个立异CAE办法来模仿片材紧缩成型。此立异办法分为两阶段，结合了LS-DYNA及Moldex3D，满意捕捉铺覆进程中的弹塑性结构行为及紧缩进程中的塑料活动行为，供给TRINA团队更精确的纤维排向及翘曲模仿才能。

  TRINA工程师运用两阶段办法来进行紧缩成型模仿。首要，运用LS-DYNA模仿片状复合资料的铺覆程序。接着，将铺覆的形状考虑进Moldex3D紧缩成型模仿。

  · 供给史无前例的两阶段CAE模仿办法，赋予业界模仿铺覆及紧缩片状复合资料的才能

  本事例中，北美Toyota研究中心(TRINA) 针对含碳纤维的热塑性片状预浸材(SMC)进行研究。此片材由不接连长纤维所构成。因为片材在紧缩成型制程完毕后，较简单保持原始长纤结构，因而遭到TRINA研究员的喜爱。此制程包括四个阶段(如图一)：

  片材的紧缩成型制程常伴随着铺覆和紧缩程序。铺覆程序触及塑料弹性结构行为；而紧缩制程则触及活动行为。要在模仿中一起考虑此两种行为的交互作用，是一大应战。而透过Moldex3D与结构剖析软件的整合，即可完好模仿这两种行为。此仿真流程分为两阶段(图二)：第一阶段以有限元剖析软件LS-DYNA仿真铺覆进程；第二阶段则由Moldex3D进行活动和翘曲剖析。

  TRINA根据轿车产业轻量化需求规划出三穴塑件产品(图三)，其量测并输入至Moldex3D的资料特性如图四所示。

  TRINA团队欲进一步比较翘曲及纤维排向之模仿成果与实践试验差异。在LS-DYNA仿真中，于紧缩区域中的铺覆行程间隔在60%、80%和100%时中止，并将此刻数据作为输入Moldex3D的预浸料边界条件。仿线%中止，与试验数据高度相符(图五)，因而后续剖析将以此条件进行。

  TRINA团队比较翘曲、纤维排向及不同行程间隔效应，这三种模仿成果与实践试验之差异。翘曲的比较成果如图六所示，以产品上的方位A作为丈量点。不同模温之下的翘曲猜测，与试验成果差错均在8%以内。此外Moldex3D仿真及试验成果都显现，进步模温会形成翘曲量添加。

  在纤维排向部分， TRINA团队则挑选A、B、C三个方位为基准，如图七(a)所示。在标准化的厚度上，以断层扫描及体积图形剖析法之量测成果，比对Moldex3D模仿，成果如图七(b)(c)(d)所示，整体而言，Moldex3D的猜测成果与试验数据相差不到15%。

  透过Moldex3D整合其他结构剖析软件的功用，TRINA得以运用此先进的两阶段模仿办法，猜测不接连长纤片状塑料在紧缩成型制程中的行为，并获得与实践景象差错很小的剖析成果。藉由这样的模仿能量，TRINA将可进一步完成制作兼具轻量化且高强度的轿车复材产品需求。