基于注塑成型的塑件结构分析研究（上）

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塑料件易成型加工，且具有高性能和低成本，其作为结构件替代传统金属材料正成为趋势【1】。当然也伴有挑战，如图1所示的电子连接器广泛应用于3C、汽车等行业中，随着电子产品的更新换代快、开发周期短，对其中基体（塑件）进行循环“修改-完善”的传统设计方法难以满足现代设计要求。所以先进的有限元方法就成为支持产品设计的行之有效的工具【2】。

但目前对塑件的结构性能进行有限元分析中，将塑件当成理想设计形状进行有限元建模【3】，其分析结果极不合理，因在注塑成型中，伴随着玻纤排布改变、应力残余和材料异向等【4】，直接影响成型塑件的结构性能。同时，随着电子零部件越来越小，对其结构也必然要求更高的有限元分析精度。

故本文以电子产品的基座塑件为例提出一种基于注塑成型的塑件结构性能有限元分析方法，能够更精确、合理地分析塑件结构性能。此方法是把注塑成型与结构分析顺序耦合：先应用Moldflow对塑件进行注塑成型模拟，获得成型后的塑件，及其玻纤排布、残余应力和各向异性的材料性能等；再把此成型后的塑件网格转换或重划分为Abaqus的结构网格，同时把玻纤排布、残余应力和材料属性映射至Abaqus结构模型作初始条件，精确进行结构分析。

图1 电子产品

METHOD

耦合方法

1、

直接转网格（AIM）

Abaqus Interface for Moldflow（AIM）用于把Moldflow分析的有限元模型信息转换成Abaqus输入文件。高分子材料的模流分析能够提供材料的热力性能（包括玻纤方向的影响）和残余应力，这些信息可被写成接口文件用于后续结构分析，而接口文件包含着单元网格数据、材料性能、残余应力等信息，这些信息可以作为结构分析的初始条件。AIM方法操作过程是先进行Moldflow模流分析，然后输出模流分析接口文件，最后运行AIM，创建Abaqus求解的输入文件，最后添加适当的边界条件，便可进行制件的结构分析。

2、重划结构网格（AMSA）

Autodesk Moldflow Structural Alliance (AMSA)用于把Moldflow的结果映射到结构分析上，其并不要求模流分析和结构分析的网格一致。【注：2015年5月最新发布的Helius PFA 2016，已将AMSA整合并更名为AME（Advanced Material Exchange）模块，在下一期的技术通讯中，我们将应用最新的AME界面进行验证。】模流分析所用网格的纵横比太高，不适合直接用于结构分析，所以采用AMSA将数值分布从一种类型网格映射到另一种类型网格。针对大部分单元在其单元域中都有高斯积分点，是用来捕捉单元域的分布情况以提高准确性，故只需向目标网格的积分点映射所需数值即可。

定义解析映射场是通过已知外部数据集映射到目标模型空间并插值建立变量场。比如定义一个随空间变化的材料厚度或压力载荷，只需读入已知的不同坐标位置下的材料厚度或压力，插值映射到目标节点、边线、面或体单元上。在映射场变量时，可调整合适搜索公差参数以提高映射度。正负法向（Positive Or Negative normal）搜索范围用于定义源数据点映射到目标面模型的范围。图2（b）的正向搜索距离如图2（a）所示，目标面由单元模型内插得到，搜素方向为目标面法向，搜索距离可以采用相对或绝对值，其中相对值是用单元平均尺寸的相对系数表示，比如正法向默认系数为0.05，即搜索距离等于单元平均尺寸乘以0.05。同理，模型的边界搜索范围（Boundary search distance tolerance）如图2（b）特别定义。