Con el desarrollo de técnicas de simulación CAE, los fabricantes de productos de plástico tienen la opción de identificar problemas en el diseño del producto y modificarlo de una manera más científica a lo largo del proceso de fabricación
El análisis estructural juega un papel importante para determinar la robustez de un producto. El método común para hacer simulación estructural es utilizar el modelo de diseño del producto CAD con uno o más materiales isotrópicos. Sin embargo, esto ignorará la influencia del proceso de moldeo en el producto y las propiedades anisotrópicas del material, especialmente cuando se utilizan materiales reforzados con fibra.
A través de la interfaz FEA de Moldex3D, el resultado del análisis de moldeo de plástico en Moldex3D se puede integrar en el análisis estructural. De esta manera será posible tener en cuenta los efectos de manufactura en el material y el producto, así como las propiedades del material, temperatura, presión, esfuerzos residuales e incluso la deformación, el resultado del análisis estructural puede ser más realista.
Paso 1
Utilice material reforzado con fibra para completar un análisis con estimaciones de orientación de fibra en Moldex3D Studio. En este proyecto, el resultado del tiempo del frente de fusión en el llenado (Melt Front Time) muestra que dos fusiones diferentes se unen en la parte superior del producto. El patrón de llenado afecta la orientación de la fibra (piel), lo que hace que las fibras se alineen en la dirección Z en el medio, donde se encuentra el frente de flujo, y en la dirección Y en ambos lados. Generalmente, esto resultará en una reducción de la resistencia de la estructura del material en esta área debido a la propiedad anisotrópica del material relleno de fibra.
Paso 2
Cámbiese al menú de opciones Interfaz FEA y haga clic ahí para abrir el Wizard.
Especifique el Solver de esfuerzos (stress solver) y la malla de salida (output mesh). Este documento demuestra cómo exportar las propiedades del material de fibra y el efecto de las líneas de soldadura en la resistencia del material a ANSYS a través de una malla mapeada.
Seleccione Malla de salida como Mapeada (Output mesh as mapped) e importe el archivo de malla adicional preparado en el programa de análisis estructural. Los resultados del análisis de moldeo se asignarán a la malla importada de la malla Moldex3D original.
Nota: La malla mapeada debe ser generada por un software de análisis estructural antes de utilizar la interfaz FEA. Sin una malla adicional, la malla Original en Studio se puede utilizar para llevar los resultados del análisis de moldeo. Sin embargo, se debe considerar si la malla Original es aplicable en el análisis estructural, como la cantidad de elementos y la estructura de la malla.
Haga clic en Ver/Editar mapeo de modelo (View/Edit model mapping ) para confirmar la posición de la malla de Moldex3D Studio y la malla asignada. Si las coordenadas de estos dos modelos son incoherentes, el movimiento automático o la asignación de 3 puntos (Auto Move / 3-points mapping ) pueden ajustar la posición y la orientación del modelo. En este caso, elija la asignación de 3 puntos, seleccione 3 puntos de guía tanto en el modelo original como en el asignado, y haga clic en OK para aplicar la asignación o mapeo.
Paso 3
Seleccione la opción Función. Las propiedades anisotrópicas del material relleno de fibra y la reducción de resistencia causada por la línea de soldadura se exportarán en esta demostración, mostrando el resultado del análisis estructural bajo la influencia de la variación de propiedades inducida por el patrón de llenado en diferentes áreas del producto. Con el material reforzado con fibra utilizado, seleccione el modelo de micromecánica [Mori-Tanaka] y el nivel de reducción del material de la orientación de la fibra [Max-Level].
A continuación, habilite la salida de la línea de soldadura (Weld line output) para considerar la reducción de resistencia correspondiente a los diferentes ángulos de encuentro de la línea de soldadura. Con base en los resultados experimentales reales, establezca la relación entre el rango de ángulo de la línea de soldadura y la resistencia restante del material (Remaining Strength ) como se muestra a continuación. Exporte el archivo después de seleccionar el solver de esfuerzos, la malla de salida y las opciones de función.
Notas:
- La malla con las propiedades del material se exportará con, o sin seleccionar ninguna opción de función.
- Si el resultado del análisis no existe para una función, la opción correspondiente se mostrará en rojo. Por ejemplo, esta demostración solo incluye un análisis de llenado y, por lo tanto, la salida de los resultados de empaque y enfriamiento está marcada en rojo.
- Seleccione el nivel de reducción de material en Reducción de material de la orientación de la fibra. La reducción de nivel máximo indica que la cantidad de grupos de materiales se reducirá significativamente, lo que es beneficioso para ahorrar tiempo de cálculo.
- Sin embargo, los datos de material demasiado simplificados pueden afectar la precisión del resultado de la orientación de la fibra.
- Por otro lado, la función No Reduction puede exportar los detalles de la orientación de la fibra utilizando una cantidad masiva de grupos de materiales, lo que aumentará el tiempo de cálculo o posiblemente superará la limitación del software de análisis estructural.
- Las opciones de la interfaz Micromecánica se exportan al software de modelado de materiales multiescala no lineal y no se pueden utilizar directamente en el software de análisis estructural.
Paso 4
Cámbiese al software de análisis estructural (ANSYS en este ejemplo) e importe el archivo de malla. La entrada de las propiedades anisotrópicas del material al considerar el efecto de la orientación de la fibra se puede verificar mediante el número de material y el modelo de material. Aplique restricciones fijas y de desplazamiento y calcule los esfuerzos de Von Mises.
Paso 5
La figura de la izquierda abajo muestra el resultado del uso de la interfaz FEA de Moldex3D para exportar las propiedades del material al considerar la orientación de la fibra. El módulo elástico es más bajo en el centro de la parte superior del producto debido a la influencia de la orientación de la fibra en la línea de soldadura. El resultado del análisis estructural muestra entonces que el esfuerzo es más alto en esa región.
En la figura de la derecha, si no se considera la simulación de moldeo, entonces la distribución de esfuerzos en la parte superior del producto es más uniforme. La diferencia en estos resultados indica que los del análisis estructural pueden ser engañosos si no se considera la simulación de moldeo.
Por: Cindy Teng, ingeniera de soporte técnico en CoreTech System (Moldex3D)