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树脂转注成型(RTM)制程可用非匹配网格模拟
 

【作者: 楊巡】2022年04月26日 星期二

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高分子强化复合材料产品的曲面需要复杂的叠层设计,在进行树脂转注成型(RTM)制程建模时,须根据产品设计的叠层,建立对应的实体网格;本文举出验证案例比较说明非匹配网格与匹配网格模拟结果的差异。


高分子强化复合材料产品常见的曲面,往往需要复杂的叠层设计,因此在进行树脂转注成型(RTM)制程建模时,须根据产品设计的叠层,建立对应的实体网格。若遇到曲面复杂的叠层,网格制作难度非常高,还须耗费许多时间在网格前处理上。否则模拟结果不理想,也会影响後面结果的判读。


Moldex3D过去的版本在RTM的网格前处理上会较为耗时;在流道设计变更时,也会需要重新制作实体网格。另外某些案例在模拟分析时,会有波前破碎问题,以及内部压力超过入囗压力的状况。为了克服这些挑战,Moldex3D 2021版本的RTM求解器中,支援了非匹配网格的分析;同时也强化了求解器计算,解决波前与压力的问题,获得更隹的分析结果。


若在RTM求解器尚未支援非匹配网格的情况下,如图1(a)所示,进行RTM专案前处理时,需要生成完全匹配的实体网格,如图1(b)所示。如此使用者就须检查网格是否完全匹配,并解决网格的问题才能进行分析。Modex3D 2021 RTM求解器支援了非匹配网格求解器分析後,交界面的实体网格节点不需要完全匹配,即可进行分析,如此可替使用者省下修复实体网格的时间。


建立非匹配网格模型的步骤与建立匹配网格相同。若遇到想要评估叠层与流道设计变更时,就不需要将所有的网格全部删除重新建立,仅需要调整部份的网格。



图1 :  (a)匹配网格、(b)非匹配网格
图1 : (a)匹配网格、(b)非匹配网格

以下验证案例比较非匹配网格与匹配网格模拟结果的差异。此案例的模型是根据渗透率量测仪器Easyperm所建立,仪器外观如图2(a),模具内部如图2(b),依照模穴几何建立的模型如图2(c)所示。SNX1、SNX2、SNY1、SNY2是模具内部压力感测器位置,非匹配网格如图3(a)(b);图3(c)(d)与图4是模拟结果;图4中NM simu是非匹配网格的模拟结果,M simu是匹配网格的模拟结果。从感测点压力随时间变化的比较结果可以看出,非匹配网格与匹配网格有一致的模拟结果。


本案例中波前时间结果最大的误差约4%,且图3(c) (d)非匹配网格交界面速度向量与压力场分布连续。由此验证案例可以看出,计算所使用的网格模型不再需要完全的匹配,也能获得与匹配网格相符的模拟结果。



图2 : (a)Easyperm仪器外观、(b) Easyperm量测模具内部、(c)模型几何与模具内部压力感测点位置
图2 : (a)Easyperm仪器外观、(b) Easyperm量测模具内部、(c)模型几何与模具内部压力感测点位置

图3 :   (a)验证案例的网格模型、(b)非匹配网格、(c)速度向量、(d)压力分布
图3 : (a)验证案例的网格模型、(b)非匹配网格、(c)速度向量、(d)压力分布

图4 : 感测点压力变化与波前时间误差
图4 : 感测点压力变化与波前时间误差

第二个验证案例使用非匹配网格,测试改变流道的位置与流道的数目结果的差异。图5(a)中流道布置使用一条流道、图5(b)中流道布置使用二条流道。从图5(c) (d)案例可以看出流动时间与波前时间结果的差异。



图5 :  (a)布置一条流道的网格、(b)布置二条流道的网格;(c)布置一条流道案例的波前时间结果、(d)布置二条流道案例的波前时间结果
图5 : (a)布置一条流道的网格、(b)布置二条流道的网格;(c)布置一条流道案例的波前时间结果、(d)布置二条流道案例的波前时间结果

以往在RTM模拟的部份案例会遇到波前破碎问题。Moldex3D 2021 RTM模组的计算核心优化了波前计算,以得到较好的模拟结果。从图6可以看出一特定案例在求解器的波前计算优化前後的结果差异。



图6 :  (a)计算核心强化前、(b)计算核心强化後结果
图6 : (a)计算核心强化前、(b)计算核心强化後结果

RTM制程常常以内部抽真空,透过内外压差将树脂吸入,此时入囗的压力为0.1 MPa,若遇到复杂叠层时,压力有可能会计算失准,导致内部压力超过入囗最大的压力。 Moldex3D 2021 RTM模组之求解器也强化了压力计算,解决此问题,得到合理的压力分布。从图7案例中可看压力计算优化前後的差异,最大的压力不会大於入囗压力。



图7 : (a) 计算核心强化前最大压力0.122 MPa、(b)计算核心强化後结果为0.1 MPa
图7 : (a) 计算核心强化前最大压力0.122 MPa、(b)计算核心强化後结果为0.1 MPa

Moldex3D求解器支援非匹配网格计算,可以减少许多前处理处理网格修复时间和瓶颈,帮助使用者更快了解制程叁数条件对结果的影响,并及早解决生产会遇到的问题。此外,求解器的优化可以得到精确的模拟结果,提升模拟效率。


(本文作者杨巡为科盛科技产品处技术??理)


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