ชุด: พื้นฐานของการวิเคราะห์ CAE สำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์พลาสติก

ส่วนที่ 3 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับซอฟต์แวร์ CAE

จะมีการอธิบายวัตถุประสงค์และการใช้งานของแต่ละสาขาการวิเคราะห์ และจะแนะนำซอฟต์แวร์และซอฟต์แวร์ทั่วไปที่ใช้ใน Asahi Kasei

ภาพวิเคราะห์

สารบัญ

1. การจำลองการฉีดขึ้นรูป (การวิเคราะห์ความแปรปรวนของการไหล) 9. การวิเคราะห์การคืบ
2. การวิเคราะห์ความเครียด 10. การวิเคราะห์การผ่อนคลายความเครียด
3. การวิเคราะห์การนำความร้อน 11. การวิเคราะห์ผลกระทบ
4. การวิเคราะห์ความเครียดจากความร้อน 12. การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี
5. การวิเคราะห์ของไหลจากความร้อน / พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) 13. การวิเคราะห์เสียง
6. การวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะ (การวิเคราะห์ความถี่ธรรมชาติ) 14. การวิเคราะห์แบบไดนามิกหลายตัว
7. (ความถี่) การวิเคราะห์การตอบสนอง 15. การทำแผนที่การวางแนวไฟเบอร์
8. การวิเคราะห์ความล้าของวงจร  

การแนะนำ

บริษัทซอฟต์แวร์หลายแห่งในญี่ปุ่นและต่างประเทศได้เปิดตัวซอฟต์แวร์ที่หลากหลายสำหรับการวิเคราะห์ CAE มีความแตกต่างกันขึ้นอยู่กับซอฟต์แวร์ เช่น การวิเคราะห์ประเภทใดที่สามารถทำได้ สาขาความเชี่ยวชาญ และระบบสนับสนุน ดังนั้นการเลือกซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ที่เหมาะสมและตรงกับวัตถุประสงค์และการใช้งานจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ในครั้งนี้ ผมจะอธิบายซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการวิเคราะห์ CAE ของพลาสติก นอกจากนี้ เราจะแนะนำซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ตัวแทนสำหรับฟิลด์เป้าหมายการวิเคราะห์แต่ละฟิลด์ ตลอดจนซอฟต์แวร์ที่ Asahi Kasei ใช้

 

การจำลองการฉีดขึ้นรูป (การวิเคราะห์ความแปรปรวนของการไหล)

เป็นการจำลองเพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของการไหล ตรวจสอบตำแหน่งประตูที่เหมาะสม ทำนายการบิดเบี้ยว ทำนายรอบการขึ้นรูป ทำนายแรงจับยึดแม่พิมพ์ และออกแบบท่อระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดี เรียกอีกอย่างว่า การจำลองการฉีดขึ้นรูปเรซิน และเป็นการวิเคราะห์ทั่วไปในการวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์พลาสติกในการออกแบบผลิตภัณฑ์และการออกแบบข้อมูลจำเพาะของแม่พิมพ์

การเสียรูปบิดงอเป็นหนึ่งในข้อบกพร่องร้ายแรงของการขึ้นรูป การบิดงอเกิดจากการหดตัวของเรซินที่ไม่สม่ำเสมอภายในโพรง กล่าวอีกนัยหนึ่ง รูปร่างของผลิตภัณฑ์แม่พิมพ์และตำแหน่งประตูต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้อุณหภูมิและความดันสม่ำเสมอภายในโพรง และต้องจัดเรียงท่อระบายความร้อนของแม่พิมพ์เพื่อให้ไม่มีความแตกต่างของอุณหภูมิภายในแม่พิมพ์

ตัวอย่างการวิเคราะห์โฟลว์วาร์ปรูปที่ 1 ตัวอย่างการวิเคราะห์ Flow warp (การทำนายการแปรปรวน)

ซอฟต์แวร์ทั่วไปประกอบด้วย "Moldflow" ของ Autodesk "Moldex3D" ของ CoreTech System และ "3D TIMON" ของ Toray
Asahi Kasei ใช้ "Moldflow" ซึ่งมีอัตราการเจาะทะลุสูง

 

การวิเคราะห์ความเครียด

มันถูกใช้เพื่อทำนายปริมาณของการเสียรูป ความเค้น ความเครียด การมีหรือไม่มีข้อผิดพลาด และโหลดความล้มเหลวเมื่อโหลดถูกนำไปใช้ ในการออกแบบเครื่องกล จำเป็นต้องทราบความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ และเป็นการวิเคราะห์ที่สำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากสามารถจำลองได้ก่อนที่จะสร้างตัวอย่างจริงและทำการทดสอบความแข็งแรง จึงนำไปสู่การลดระยะเวลาการพัฒนาการออกแบบ

ตัวอย่างการวิเคราะห์ความเครียดรูปที่ 2 ตัวอย่างการวิเคราะห์ความเครียด

การวิเคราะห์ความเครียดจะอธิบายโดยละเอียดในบทอื่น

ซอฟต์แวร์ทั่วไป ได้แก่ "Abaqus" จาก Dassault Systèmes, "NX Nastran" จาก Siemens Software, "ANSYS" จาก Ansys และ "OptiStruct" จาก Altair แต่ก็มีซอฟต์แวร์ที่หลากหลาย
Asahi Kasei ใช้ "Abaqus" และ "Marc" ของ Hexagon

 

การวิเคราะห์เชิงความร้อน

วิเคราะห์การถ่ายเทความร้อนภายในของแข็งและจำลองการกระจายของอุณหภูมิ วิเคราะห์วิธีการถ่ายเทความร้อนในส่วนที่ใช้ความร้อนและชิ้นส่วนที่สัมผัสกับชิ้นส่วนที่สร้างความร้อน คุณสามารถประเมินฉนวนกันความร้อนและการเก็บรักษาความร้อนของวัสดุได้

ตัวอย่างการวิเคราะห์การถ่ายเทความร้อนรูปที่ 3 ตัวอย่างการวิเคราะห์การนำความร้อน

 

การวิเคราะห์ความเค้นทางความร้อน

ทำนายความเครียดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

ตามที่กล่าวไว้ใน "2.ความแตกต่างระหว่างพลาสติกและโลหะ คุณลักษณะของอุณหภูมิ" ในส่วนที่ 2 พลาสติก CAE พลาสติกมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นสูงกว่าโลหะ และได้รับผลกระทบจากความเค้นเนื่องจากความร้อนมากกว่า ต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อรวมวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่างกัน

นอกจากนี้ยังสามารถทำการวิเคราะห์แบบควบรวมซึ่งการกระจายอุณหภูมิจะได้รับในการวิเคราะห์การถ่ายเทความร้อนและใช้เป็นเงื่อนไขขอบเขตในการวิเคราะห์ความเค้น

การวิเคราะห์การนำความร้อนและการวิเคราะห์ความเครียดจากความร้อนสามารถคำนวณได้ด้วยซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ความเครียดส่วนใหญ่ที่กล่าวถึงข้างต้น

 

การวิเคราะห์เทอร์โมของเหลว

ทำนายว่าของไหล เช่น ของเหลวและก๊าซ ไหลเข้าและออกจากวัตถุอย่างไร ในกรณีของผลิตภัณฑ์ที่สร้างความร้อนจริง ความร้อนไม่ได้ถ่ายเทเฉพาะภายในของแข็งเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นผ่านของไหลที่มีความร้อน (อากาศ น้ำมัน ฯลฯ) ไปยังส่วนอื่นๆ ปรากฏการณ์ดังกล่าวไม่สามารถวิเคราะห์ได้โดยการวิเคราะห์การนำความร้อน ดังนั้นจึงใช้การวิเคราะห์ของไหลเชิงความร้อน / พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD)

นอกจากนี้ แม้ว่าชิ้นส่วนจะมีรูปร่างที่ซับซ้อน การวิเคราะห์ของไหลระบายความร้อน / พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ก็ยังมีประสิทธิภาพ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนและการกระจายของอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการพาความร้อนของอากาศโดยรอบ

ตัวอย่างการวิเคราะห์เทอร์โม-ฟลูอิด / พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD)รูปที่ 4 ตัวอย่างการวิเคราะห์เทอร์โมฟลูอิด / Computational Fluid Dynamics (CFD)

ซอฟต์แวร์ตัวแทนประกอบด้วย 'AcuSolve' ของ Altair, 'ANSYS Fluent' ของ Ansys, 'STAR-CCM+' ของ Siemens Software และ 'Converge' ของ Convergent Science
Asahi Kasei ใช้ "AcuSolve"

 

การวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะ (การวิเคราะห์ความถี่ลักษณะเฉพาะ)

คำนวณความถี่ลักษณะเฉพาะและรูปร่างลักษณะเฉพาะของวัตถุ

ความถี่ธรรมชาติคือจำนวนครั้งของการสั่นต่อวินาทีเมื่อวัตถุ (ระบบสั่น) สั่นอย่างอิสระ รูปร่างลักษณะเฉพาะคือรูปร่าง (การเสียรูป) ของการสั่นเมื่อสั่นสะเทือนที่ความถี่ลักษณะเฉพาะ

หากวัตถุมีการสั่นพ้อง อาจทำให้เกิดความเสียหายหรือเสียงรบกวนได้ เสียงสะท้อนเป็นปรากฏการณ์ที่การสั่นสะเทือนถูกขยายอย่างมากโดยการรับการสั่นสะเทือนจากภายนอกที่เหมือนกับความถี่ธรรมชาติของวัตถุ เป็นไปได้ที่จะหาความถี่ที่เสียงสะท้อนน่าจะเกิดขึ้นโดยการวิเคราะห์ความถี่ธรรมชาติ และนำไปใช้ในการออกแบบโครงสร้างที่ไม่ทำให้เกิดเสียงสะท้อน

ตัวอย่างการวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะ (eigenfrequency analysis)รูปที่ 5 ตัวอย่างการวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะ (eigenfrequency analysis)

 

(ความถี่) การวิเคราะห์การตอบสนอง

จำลองการกระจัดและความเครียดที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุถูกกระตุ้น

เมื่อเสียงสะท้อนเกิดขึ้น เป็นไปได้ที่จะได้รับปริมาณแอมพลิจูดและความเค้นที่เกิดขึ้น และตรวจสอบผลกระทบของมาตรการต่อต้านเสียงสะท้อน

(ความถี่) ตัวอย่างการวิเคราะห์การตอบสนองรูปที่ 6 (ความถี่) ตัวอย่างการวิเคราะห์การตอบสนอง

ซอฟต์แวร์ทั่วไปสำหรับ การวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะ (การวิเคราะห์ความถี่ลักษณะเฉพาะ) และการวิเคราะห์การตอบสนอง (ความถี่) ได้แก่ "Abaqus" ของ Dassault Systèmes "NX Nastran" ของ Siemens Software และ "LS-DYNA" ของ Ansys
Asahi Kasei ใช้ "Abaqus" และ "Marc" ของ Hexagon

 

การวิเคราะห์ความล้าแบบวนรอบ

คาดการณ์จำนวนครั้งจนกว่าความล้มเหลวจะเกิดขึ้นเมื่อมีการโหลดซ้ำ

เมื่อโหลดถูกนำไปใช้กับวัตถุซ้ำๆ แม้แต่ความเค้นที่น้อยกว่ากำลังไฟฟ้าสถิตก็อาจทำให้วัตถุนั้นล้มเหลวได้ สิ่งนี้เรียกว่าความล้มเหลวของความเมื่อยล้า และสามารถประเมินได้โดยใช้เส้นโค้ง SN

สามารถจำลองสถานการณ์ได้ก่อนที่จะสร้างตัวอย่างจริงและทำการทดสอบความทนทาน ซึ่งนำไปสู่การลดเวลาในการพัฒนา

 

การวิเคราะห์การคืบ

ทำนายจำนวนครีปที่ผิดรูปหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง

ตามที่กล่าวไว้ ในจุด CAE พลาสติกข้อที่ 2 "2. ความแตกต่างระหว่างพลาสติกและโลหะ คุณสมบัติการยืดหยุ่นตัวหนืด <การคืบ>" พลาสติกได้รับผลกระทบอย่างมากจากแรงเคลื่อนคืบเนื่องจากคุณสมบัติหนืด ดังนั้นมาตรการรับมือจึงใช้การจำลองสถานการณ์ล่วงหน้า ทำได้. นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการทำนายอายุของข้อต่อประสาน

 

การวิเคราะห์การผ่อนคลายความเครียด

ทำนายค่าความเครียดหลังจากช่วงเวลาหนึ่ง ตามที่อธิบายไว้ใน "2.ความแตกต่างระหว่างพลาสติกและโลหะ - คุณสมบัติยืดหยุ่นหนืด <การคลายความเค้น>" ใน CAE พลาสติกครั้งที่ 2 การคลายความเค้นเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติการยืดหยุ่นตัวหนืดของพลาสติก

ต้องใช้ความระมัดระวังในการออกแบบชิ้นส่วนที่ยึดด้วยสกรูหรือสลักเกลียว หรือผลิตภัณฑ์ที่ใช้แรงปฏิกิริยาที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปโดยเจตนา เช่น สปริง ไม่สามารถมองเห็นการเปลี่ยนแปลงจากภายนอกได้ ซึ่งแตกต่างจากการคืบคลาน ดังนั้นการวิเคราะห์ล่วงหน้าจึงสามารถป้องกันปัญหาด้านคุณภาพได้

 

ซอฟต์แวร์ทั่วไปสำหรับการวิเคราะห์ความล้าแบบวนรอบ การวิเคราะห์การคืบ และการวิเคราะห์การผ่อนคลายความเครียด ได้แก่ "Abaqus" ของ Dassault Systèmes "NX Nastran" ของ Siemens Software และ "LS-DYNA" ของ Ansys
Asahi Kasei ใช้ "Abaqus" และ "Marc" ของ Hexagon

 

การวิเคราะห์ผลกระทบ

มันจำลองความเครียดในอดีต ความเครียด การกระจัด ความเร่ง ฯลฯ เมื่อวัตถุชนหรือตก เมื่อวัตถุได้รับแรงกระแทก จะเกิดความเครียดมากกว่าค่าความเครียดสถิตหลายเท่า ก่อให้เกิดความเสียหายและปัญหาอื่นๆ

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะทำการประเมินโดยพิจารณาคุณสมบัติไดนามิก (การพึ่งพาอัตราความเครียด เอฟเฟกต์ความหนืด) เฉพาะของวัสดุ การพึ่งพาอัตราความเครียดเป็นคุณสมบัติของเรซินซึ่งคุณสมบัติของวัสดุจะแตกต่างกันไปมากขึ้นอยู่กับอัตราการเสียรูป

ใช้สำหรับการทดสอบโดยสมมติความเร็วการชนของรถยนต์ ฯลฯ

impact analysisรูปที่ 7 ตัวอย่างการวิเคราะห์ผลกระทบ

ซอฟต์แวร์ทั่วไปคือ "LS-DYNA" ของ Ansys "PAM-CRASH" ของ ESI และ "Radioss" ของ Altair
Asahi Kasei ใช้ "LS-DYNA"

 

การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี

การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีคือระบบที่คำนวณรูปร่างที่เหมาะสมที่สุดโดยให้ข้อจำกัดของโครงสร้าง การรับน้ำหนัก และเงื่อนไขการยับยั้งชั่งใจในฉากการใช้งานผลิตภัณฑ์

รูปทรงแปลกใหม่ที่มนุษย์ไม่สามารถจินตนาการได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งนำไปสู่การออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ไม่ผูกมัดกับรูปทรงที่มีอยู่

กล่าวได้ว่าเป็นเทคโนโลยีที่จะได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ ในอนาคต เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีการผลิตและการประมวลผล เช่น เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

ตัวอย่างการออกแบบรูปทรงโดยใช้ Topology optimizationรูปที่ 8 ตัวอย่างการออกแบบรูปทรงโดยใช้ Topology optimization

ซอฟต์แวร์ตัวแทนประกอบด้วย "OptiStruct" ของ Altair และ "TOSCA" ของ Dassault Systèmes
Asahi Kasei ใช้ "OptiStruct"

การวิเคราะห์เสียง

เราวิเคราะห์และแสดงภาพปรากฏการณ์ทางอะคูสติกต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างและเผยแพร่เสียง

นอกจากการปรับปรุงคุณภาพเสียงของอุปกรณ์เครื่องเสียง เช่น ลำโพงแล้ว ยังสามารถสะท้อนถึงมาตรการป้องกันเสียงที่ไม่พึงประสงค์ เช่น เสียงจากผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม เช่น เครื่องยนต์และพัดลมในการออกแบบ การวิเคราะห์นี้ขาดไม่ได้สำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะทางเสียงที่ยอดเยี่ยมและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการความเงียบ

รูปที่ 9 ตัวอย่างการวิเคราะห์เสียง

ซอฟต์แวร์ตัวแทนประกอบด้วย "Actran" ของ Hexagon และ "Abaqus" ของ Dassault Systèmes
Asahi Kasei ใช้ "Actran"

 

การวิเคราะห์กลไก

ในการวิเคราะห์ปกติโดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ จะทำการประเมินสำหรับแต่ละส่วน อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ที่รวมชิ้นส่วนหลายชิ้นเข้าด้วยกัน จำเป็นต้องวิเคราะห์ชิ้นส่วนเป็นชุด

ในการวิเคราะห์ไดนามิกของหลายร่างกาย เป็นไปได้ที่จะทำนายอิทธิพลของแรงร่วมกับส่วนอื่นๆ และแรงกระทำ และจำลองว่าแรงชนิดใดที่กระทำโดยการเคลื่อนไหวเพิ่มเติม

ใช้เพื่อประเมินระบบกลไกที่มีชิ้นส่วนหลายชิ้นเชื่อมต่อกันอย่างประณีต เช่น รถยนต์และอุปกรณ์อุตสาหกรรม

ตัวอย่างการวิเคราะห์แบบไดนามิกหลายรายการรูปที่ 10 ตัวอย่างการวิเคราะห์แบบไดนามิกหลายตัว

ที่มา: แบบจำลองในวิดีโอเรื่อง “Contact Analysis”, “Disruption and Damage Analysis”(ดูวันที่ 26 กุมภาพันธ์ 2021)https://www.mscsoftware.com/product/marc

 

ซอฟต์แวร์ทั่วไปคือ "Simpack" ของ Dassault Systèmes และ "Adams" ของ Hexagon
Asahi Kasei ใช้ "Adams"

 

การทำแผนที่การวางแนวไฟเบอร์

ต้องคำนึงถึงการวางแนวไฟเบอร์เมื่อออกแบบเกรดเสริมแรงที่ผสมใยแก้วกับเรซิน ทั้งนี้เนื่องจากการวางแนวของเส้นใยถูกกำหนดตามการไหลของเรซิน ส่งผลให้การหดตัวและการบิดงอไม่เท่ากัน ตลอดจนบริเวณที่มีความแข็งแรงและทิศทางอ่อน ความแม่นยำของการวิเคราะห์ความเค้นสามารถปรับปรุงได้โดยการทำแผนที่ทิศทางเส้นใยและข้อมูลการวางแนวจากผลการจำลองการฉีดขึ้นรูปและถ่ายโอนไปยังซอฟต์แวร์การวิเคราะห์อื่น

ตัวอย่างการทำแผนที่การวางแนวไฟเบอร์รูปที่ 11 ตัวอย่างการแมปการวางแนวไฟเบอร์

ที่มา: โมเดลการวางแนวไฟเบอร์บนเว็บไซต์ Hexagon (16 มกราคม 2023)

 

ซอฟต์แวร์ตัวแทนคือ "Digimat" ของ Hexagon
Asahi Kasei ใช้ "Digimat"

 

ส่วนถัดไป: "การจำลองการฉีดขึ้นรูป - การฉีดขึ้นรูปคืออะไร"

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ CAE โปรดติดต่อเรา

สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติม

CAE ดาวน์โหลดสไลด์

กรณีศึกษาแอปพลิเคชัน CAE
กรณีศึกษาแอปพลิเคชัน CAE

ดาวน์โหลดド

การสนับสนุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์เรซินโดยใช้ CAE
การสนับสนุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์เรซินโดยใช้ CAE

ดาวน์โหลดド

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง