如何一个瑞士军刀告诉我们有效的模拟

注塑短纤维增强塑料零件的仿真研究

这篇关于创新智能的客座文章是由Wolfgang Korte博士撰写的，他是PART Engineering的常务董事，也是创新智能的开发者匡威．PART Engineering是牵牛星伙伴联盟．

如果我们面临一个严重的问题，并将图1(左)中的刀作为解决方案，我们中的大多数人可能会微笑并得出结论，这不是我们解决问题的第一选择。一个有经验的工匠会为手头的问题选择专门的工具(图1，右)，这似乎是常识。然而，当涉及到技术塑料零件的模拟时，事情就不那么清楚了。

与金属相比，大多数工程师一开始对塑料复杂的力学行为感到害怕，认为复杂的模型和软件工具是正确模拟塑料的必要条件。在现实中，所显示的大多数相同的效应已知发生在金属和塑料:即非线性，塑性，各向异性，蠕变和温度依赖行为。主要的区别是，对于塑料来说，这些效应更容易观察到，因为它们在适中的温度下表现出来，而对于金属来说，通常需要更高的温度才能出现这些效应。

然而，这并不意味着必须考虑上述所有影响，以便对零件的机械性能进行适当的评估。事实上，情况正好相反。考虑到的影响越多，就越有可能对模型进行错误校准或对所获得的结果进行错误判断。适当的材料特性是这种复杂方法的先决条件，而这种方法在实践中往往不可用。一个基本的假设是，如果所选择的建模方法需要的不仅仅是从简单的短期拉伸试验中获得的材料特性，那么人们应该三思是否真的需要付出努力才能回答有限元分析提出的问题。在这种情况下，聪明的实验方法往往是更可靠和有效的方法。

在大多数现实生活中，帕累托原则适用于:20%的努力就能获得80%的好处，反之亦然。然而，模型应该通过保持尽可能简单而不遗漏必要信息来平衡复杂性。例如，如果比率依赖性是一个问题，例如在跌落或碰撞测试分析中，这就必须被考虑，不能被忽视。

将这一原理应用于短纤维增强注塑件的有限元分析时，至少应考虑材料在使用温度下的各向异性。如果载荷过高，超过材料破坏极限，则应考虑塑性。对于假设因振动和疲劳而失效的载荷情况，线弹性材料模型通常是合适的。

由PART Engineering设计的CONVERSE是一款易于使用、可靠和快速的短纤维增强组件软件工具，用户可以考虑所有相关影响，以正确评估此类部件的刚度和强度。CONVERSE采用注塑模拟提供的信息，将其转移到下游部件的机械模拟中，并提供一个现成的FE输入平台，包含运行模拟所需的所有材料属性。

图2A显示了由含有30%玻璃纤维的塑料制成的汽车前照灯支架的应用示例。CONVERSE用户法雷奥照明系统旨在确定零件的本征频率。与各向同性建模方法相比，考虑纤维的CONVERSE方法实现了更好的预测(图2B)，与各向同性建模方法的45 Hz相比，模拟的前四个特征频率平均差为6 Hz。

由于使用了求解器内置的材料模型，模拟就像更典型的模拟一样快速和稳定。因此，并行化也可以在求解器所能达到的相同程度上使用，并且在模拟过程中不需要绘制许可证。该软件很容易使用，它甚至与偶尔的用户相关。