塑料制品的有限元分析不准？是因为它！
部件中的应力通常由有限元模拟确定，直观上可以看出，该应力在部件的每个点上都有不同的值。因此，一种普遍的做法是使用等值线图（例如冯-米塞斯应力）缩放到特定材料允许的最大值（例如屈服应力）。如果部件达到或超过该上限，则相应区域被评估为临界区域。基于应变的评估也是如此。
无论具体数值如何，这意味着临界点（即首次失效的位置）始终与最高应力点相同。如果将可变利用率定义为应力与强度的比率，则应力和利用率的等值线图始终看起来相同（图 1）。
图1 材料强度均匀时的利用率
然而，实际上，强度可能会随着部件位置的不同而发生显著变化。影响因素包括外部条件（温度、老化）、应力类型（多轴性）或材料不均匀性。因此，为了检测潜在故障，必须使用部件局部强度而不是平均材料强度。图 2 显示了这种方法的一个示例。
图2 局部强度利用率
构件中某个位置的应力与强度的比值最为关键，这在纯应力评估中并不明显。它之所以至关重要，是因为该位置的强度明显低于数据库材料强度。
尤其对于塑料部件而言，这种不均匀性几乎始终存在，例如纤维取向和熔接线。在注塑成型部件中，当两个熔体前沿相遇时，就会出现熔接线或流线。其原因包括部件中各种类型的突破、多个浇口点或复杂的填充模式。根据角度、压力、温度，尤其是熔接线形成后的流动过程，垂直于熔接线方向的局部材料强度会降低。这同样适用于未填充塑料和纤维增强塑料。在纤维增强材料中，纤维的不利取向，有时甚至是纯基质边界层，都会加剧强度降低的影响。
由于可能的熔接线位置完全由熔体的流动模式决定，因此这些位置是任何填充模拟的内在结果。然而，尽管填充模拟中纤维数据的使用越来越普遍，填充模拟中的其他宝贵信息却常常被忽略。而熔接线位置无疑是宝贵的数据。
熔接线强度可能在均质材料强度的 100%到 0%之间变化。典型值为 80%到 40%。有时，出于保守的经验法则，会对基体材料强度（φ：纤维重量含量）应用(1-φ)的折减系数。如果熔接线位置不利，这种差异可能会导致组件评估中的严重误判，从而超过许多其他影响因素。
图 3 焊接线位置的失效
尽管非常小心，但忽视焊接线可能会导致 FE 模拟结果产生误导，无论是在允许载荷方面还是在部件的故障位置方面（图 3 和 4）。
图 4 由于熔接线效应导致的失效（各向同性材料）
这更没有必要，因为有几种方法可以考虑不同复杂程度的焊接线强度：
可视化分配受影响的组件区域，并根据总和折减系数进行手动评估。仅适用于简单几何形状和填充模式。
在后处理中，使用覆盖层缩减因子将相应的元素集从填充映射到结构模拟。对于具有大量焊缝的更复杂的几何形状，应考虑这一点。
将单独的材料模型分配给焊缝区域，并建立相应的损伤模型。焊缝强度可以估算，也可以使用双浇口拉伸试棒进行测量。
基于填充模拟的工艺数据预测局部熔接线强度。这是一个研究课题。
尽管预测熔接线强度确实很困难，但仅仅考虑其在有限元模型中的位置就能显著降低误判的可能性。因此，任何塑料部件的仿真过程中都应尽可能包含熔接线的映射。尤其因为这样做几乎不需要任何额外努力。
