朋友们,在评估塑料部件的结构强度时,你的仿真流程还停留在“应力 vs 材料强度”的简单对比吗?如果是,那你可能正在忽略一个关键因素——熔接线!它往往是部件最脆弱的环节,却常常被传统分析方法所掩盖。
我们通常用有限元分析(FEM)精确计算部件在载荷下的应力(或应变)分布,然后将局部应力与从材料手册获取的、被视为恒定的材料强度进行比较。两者的比值(利用率)小于1,就认为安全。但是,塑料部件的局部强度并非处处相同,它会受到多种因素影响,包括:
局部纤维取向(尤其是纤维增强材料)
应力状态(如多轴应力)
介质接触
内部缺陷
最关键的是:熔接线(Weld Line)的存在
当熔融塑料在充模过程中绕过障碍物或由凹形流锋汇合时,就会形成熔接线。这里是材料结合的区域,其强度通常会显著低于本体材料。熔接线的强度受多种因素影响:
材料本身
熔接线形成时的温度
流锋汇合角度
熔接线形成后的流动过程
局部保压压力曲线(流道末端的熔接线强度通常更低)
遗憾的是,目前单靠仿真模拟还无法精确预测熔接线的具体强度值,影响因素太复杂。但我们可以通过经验粗略估计,或更保守地使用“双边进浇拉伸试样”的测试结果来设定一个折减系数。
虽然精确预测熔接线强度有难度,但在仿真中准确识别和定位熔接线已经是巨大的进步!
大多数注塑成型仿真软件都能在计算流场时提供熔接线位置信息。
利用专业工具,如PART Engineering公司的Converse、迅仿科技WeldlineMAP软件等,可以轻松地将这些熔接线位置信息从注塑网格映射到结构分析网格上,这个过程的工作量极小。
将代表熔接线的单元归入独立的“单元集”。这样,工程师可以方便地显示、隐藏、单独查看和评估这些高风险区域。
有了熔接线位置信息,我们就能进行更贴近实际的强度评估,使用专用软件(如S-Life Plastics):
可以为熔接线区域的单元赋予一个降低后的强度值(基于前述的估计或测试)。
在后续的结构强度评估(计算利用率)中,软件会自动考虑这些区域的低强度特性。
如上图一个受弯部件,使用传统应力分析方法(左上)显示最大应力在部件顶部,然后实际弯曲试验的破坏却发生在侧边熔接线位置(左下),验证了评估的偏差,从而更加明确考虑熔接线的影响在强度分析中的重要性。
熔接线是塑料件结构失效的常见关键因素。
仅关注最大应力并对比名义材料强度的传统方法,在存在熔接线等导致局部强度下降的情况下,会严重高估部件的安全性。
仿真工作流程必须包含熔接线的识别、映射和局部强度折减评估。
利用现有工具(注塑模拟 + Converse映射 + S-Life Plastics评估),工程师可以:
1.在开发早期可视化潜在风险点(熔接线位置)
2.进行更符合实际的强度评估,避免设计缺陷
3.基于评估结果,优化浇口位置或修改部件设计,提升产品可靠性
别再让你的仿真结果“失真”了!立即审视你的塑料部件仿真流程,把熔接线的影响纳入考量,找出并加固那个真正的“罪魁祸首”!
文中提及的CAE分析软件,包括Converse和S-Life Plastics等为德国PART Engineering公司开发,迅仿科技为国内独家代理商,负责软件销售和技术应用支持,欢迎联系洽谈。
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