塑料加玻钎增强材料的静力学分析方法
最近群里的小伙伴在讨论，在做塑料件仿真时候，关于材料力学属性的问题。
临时决定写一篇文章来讨论下，在做塑料件的的静力学分析中，比较另结构仿真工程师头疼的几个问题。
01
—
玻钎增强 塑料介绍
塑料件因其轻量化、设计灵活性和成本优势，在工业中的应用日益广泛，比如，汽车内饰，仪表盘，手机/笔记本外壳，等
而玻纤增强塑料（GFRP）则进一步提升了其性能上限。具体表现在：
强度/模量倍增： 30%玻纤PA6拉伸强度可达200MPa，模量提升至8-10GPa。 各向异性设计： 通过调整玻纤取向，在特定方向实现更高强度。
热变形温度提升： 纯PBT的HDT约60°C，而30%玻纤PBT可达210°C（1.82MPa载荷）。 低热膨胀系数（CTE）： 玻纤PP的CTE≈3×10⁻⁵/°C，接近金属，减少热装配应力。
降低收缩率： 玻纤可将塑料的成型收缩率从1.5%降至0.3%，减少翘曲。 抗蠕变能力： 玻纤PA66在长时间载荷下的变形量比纯PA66低50%。
汽车油底壳： PA6-GF35注塑件成本相比较铝合金减50%，重量减小40%。 无人机机身框架： PPS-GF40件相比镁合金成本降低60%，且雷达透波性更优。
02
—
玻钎增加材料仿真难点
玻钎增强塑料在仿真中存在很多难点，主要体现在以下几个方面：
1.非线性行为：
塑料的应力-应变曲线通常呈现非线性（如屈服后的软化、硬化），且受应变率、温度影响显著。
图片来自网络，侵删
2.各向异性：
注塑成型可能导致分子/纤维取向，使力学性能呈现方向依赖性。
图片来自网络，侵删
3.粘弹性:
蠕变、应力松弛等现象需考虑时间依赖性。
4.环境敏感性:
湿度、温度变化会显著改变材料性能（如尼龙的吸湿性）。
为克服以上问题，这里提供几个思路：
重点在前面两个问题上：
03
—
非线性问题
04
—
各向异性问题
解决各向异性的问题，理论上的常规做法是这样：
使用Moldflow与结构仿真耦合：
将模流分析输出的纤维取向张量（A11, A22, A33）映射到结构网格。
在ANSYS中通过*TENSOR关键字定义正交各向异性材料。
这个解决方案比较准确但是需要结构仿真工程师掌握注塑工艺的过程和模流分析的能力。
但在一些实际的情况中，仿真工程师无法直接做模流分析与结构仿真耦合，也无法得到供应商的模流仿真详细数据。
我的简化方法分享给你们，作为一个校核零件的思路。
1.纯塑料材料属性试算第一遍
这个就是一个最差的工况，可以近似认为是玻钎排布杂乱无序的恶劣状态下的结果。
2. 将带玻钎的材料属性再算第二遍
一般拿到供应商的应力应变曲线数据都是在最佳状态，即玻钎方向顺着拉伸方向的，这个数据的模量会偏大，这时候需要自己乘一个系数来抵消这个误差。
可以根据供应商的模流分析的结果中的纤维曲向张量结果来判断你需要乘多少系数。
图片来自网络，侵删
如下图所示，是乘0.7系数的应力应变曲线示意：
结合这两个结果以及模流分析的结果中的纤维曲向张量的具体分布来综合判断，你的零件会不会有破坏风险。
注意：
此方法仅供参考！
这是在取得输入条件比较难的情况下的权宜之计！
不做任何精度保证！
