产品应力
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产品应力的实例教程
大纲
纤维排向对产品结构强度有显著影响，史丹利百得团队在研究一款添加30%碳纤维之PA66制成的锤钉产品，其外壳结构强度是否足以通过测试。要评估纤维排向之于产品机械性质的影响不是一件容易的事情，因此史丹利百得团队透过整合模流及结构分析仿真工具，获得关键分析数据，以利执行精准的结构分析，确保产品整体的结构强度。
挑战
评估纤维排向对对象强度之影响
判别产品应力集中区域
解决方案
透过Moldex3D FEA界面，史丹利百得团队将射出成型过程中受流场方向影响的纤维排向结果输出至Altair Multiscale Designer，再映像到Altair Radioss进行结构分析。
效益
观察因纤维之非等向性行为而引起的翘曲
找出潜在的应力集中处
优化产品的结构强度
案例研究
如何生产轻量化又能符合成本效益的产品，是制造业共同面临的挑战，。要优化产品设计以达到此目标，就必须仰赖塑料材料工程和CAE软件的协助。然而结构分析CAE软件在支持塑料射出材料的非等向特性上，还是有一定的难度。
史丹利百得团队利用Moldex3D以及Altair Radioss来分析锤钉外壳的结构强度(图二)。本产品由含30%碳纤维的PA66所制成，必须要通过300,000次使用寿命试验。透过两种分析软件的整合，可预测出纤维排向对产品强度的影响，并将结果应用于优化产品设计。
图一 本案例之锤钉产品
图二 本案例产品设计
首先透过Moldex3D模拟，获得射出成型模拟结果及纤维排向信息。藉由模拟结果，史丹利百得团队进行浇口位置评估及确认竖浇道压力、包封和翘曲都能符合要求(图三)。更重要的是，透过Moldex3D FEA接口功能，将纤维排向结果之非等向材料特性，输入至动态结构分析软件。
展开 所谓应力，是指单位面积里物体所受的力，它强调的是物体内部的受力状况；一般物体在受到外力作用下，其内部就会产生抵抗外力的应力；物体在不受外力作用的情况下，内部固有的应力叫内应力，它是由于物体内部各部分发生不均匀的塑性变形而产生的。
按照内应力作用的范围，可将它分为三类：
（一）第一类内应力（宏观内应力），即由于材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内的内应力；
（二）第二类内应力（微观内应力），即物体的各晶粒或亚晶粒（自然界中，绝大多数固体物质都是晶体）之间不均匀的变形而产生的晶粒或亚晶粒间的内应力；
（三）第三类内应力（晶格畸变应力），即由于晶格畸变，使晶体中一部分原子偏离其平衡位置而造成的内应力，它是变形物体（被破坏物体）中最主要的内应力。
塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而响而产生的一种内在应力。
内应力的实质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象，这种不平衡构象在冷却固化时不能立即恢复到与环境条件相适应的平衡构象，这种不平衡构象的实质为一种可逆的高弹形变，而冻结的高弹形变平时以位能形式贮存在塑料制品中，在适宜的条件下，这种被迫的不稳定的构象将向自由的稳定的构象转化，位能转变为动能而释放。
当大分子链间的作用力和相互缠结力承受不住这种动能时，内应力平衡即遭到破坏，塑料制品就会产生应力开裂及翘曲变形等现象。
几乎所有塑料制品都会不同程度地存在内应力，尤其是塑料注射制品的内应力更为明显。内应力的存在不仅使塑料制品在贮存和使用过程中出现翘曲变形和开裂，也影响塑料制品的力学性能、光学性能、电学性能及外观质量。
展开 在较低的注塑温度下，PC/ABS材料的流动性差，注塑出的产品有较大的内应力，在粗化过程中应力释放，导致产品表面的刻蚀不均匀，进而导致电镀产品外观不良，以及电镀结合力差的状况产生。
而较高的注塑温度，可以降低产品的注塑残留内应力，从而提高材料的电镀性能。相关研究表明，相较于注塑温度为230℃的产品，温度提高到260℃-270℃时，镀层结合力提高约50%，同时表面外观不良率也大大降低。
然而，注塑温度也不能过高，如果超过了材料的裂解温度，将会导致注塑产品表面的外观不良，进而影响其电镀性能。
注塑速度和压力
较低的注塑压力和适当的注塑速度有利于提高PC/ABS的电镀性能。
注塑压力过大，将导致产品内部分子的过分挤压，产生较高的产品内应力，进而导致产品粗化不均及电镀结合力较差；
适当提高注塑速度，可以使浇口位置的剪切加大，导致流体温度的提高，进而会提高整个材料的流动性，有利于产品的充填，降低产品的内应力；但剪切太大会导致材料的裂解，产生气痕，起皮，毛边等问题。
保压压力及保压切换点
过高的保压压力和较晚的保压切换位置，容易导致产品的过度填充和浇口位置的应力集中及产品内部较高的残留应力。因此要结合实际产品充填状态来设定保压压力和保压切换点。
模具温度
高模温有利于提高材料的电镀性能。
在低模温状态下，材料流动性差，产品在充填过程中由于分子之间的挤压及拉伸，导致产品在冷却下来后材料的分子链取向严重，产品成型内应力较大，电镀性能差；反之在高模温状态下，材料流动性好，有利于充填，分子链处于自然卷曲状态，产品内应力小，电镀性能得到很大提升。
展开 东莞理工学院利用Moldex3D软件优化菲涅尔透镜水路设计，成功设计异型水路，使产品冷却后温度分布均匀；结合正交试验得到最佳成型工艺，优化产品成型周期，降低产品应力。最终协助企业降低生产成本，提高生产效率。
挑战
1、产品外观避免有明显缝合线、流痕等外观缺陷
2、产品对表面精度要求较高，表面粗糙度须小于20nm
3、使产品冷却后温度分布均匀，降低成型周期
4、降低产品内部残留应力
解决方案
陈磊博士等人使用Moldex3D Conformal Cooling及Stress等模块多次验证普通水路与异型水路设计，不断进行拓扑优化，使产品经冷却后达到温度均匀的目的后，再透过Moldex3D对光学及残留应力的预测，进一步优化改善工艺，快速找到最佳成型工艺方案与水路方案，大大缩短了产品的研发周期，达到产学研的目的。
效益
1、找到最佳异型水路布置方案，解决产品冷却后温度分布不均的问题
2、产品冷却时间从15秒缩短至13秒
3、有效控制缝合线温度，降低其对产品外观影响
4、符合产品尺寸精度要求
5、产品残留应力低且均匀
案例研究
与LED连接的LED透镜是用于提高光的利用效率和发光效率，对外观质量要求较高，应避免缝合线、流痕或其他表面缺陷；表面粗糙度也应小于20nm。 在本研究中，原始的冷却水路设计(图一)会导致冷却后温度分布不均，造成更大的翘曲及更高的热残留应力，且会拉长冷却时间。
图一 原始水路设计
原始冷却系统的温度和残留应力分布如图二和图三所示。可以发现，热量聚集在球体中心，因此温度和残留应力变化很大，被视为光学组件的缺陷。
图二 原始水路系统的温度分布
图三 原始水路系统的残留应力
研究团队采用3D打印的异型冷却水路来优化冷却效果，共开发了两种不同的异型水路，如图四(a)、(b)。
展开 东莞理工学院利用Moldex3D软件优化菲涅尔透镜水路设计，成功设计异型水路，使产品冷却后温度分布均匀；结合正交试验得到最佳成型工艺，优化产品成型周期，降低产品应力。最终协助企业降低生产成本，提高生产效率。
挑战
产品外观避免有明显缝合线、流痕等外观缺陷
产品对表面精度要求较高，表面粗糙度须小于20nm
使产品冷却后温度分布均匀，降低成型周期
降低产品内部残留应力
解决方案
陈磊博士等人使用Moldex3D Conformal Cooling及Stress等模块多次验证普通水路与异型水路设计，不断进行拓扑优化，使产品经冷却后达到温度均匀的目的后，再透过Moldex3D对光学及残留应力的预测，进一步优化改善工艺，快速找到最佳成型工艺方案与水路方案，大大缩短了产品的研发周期，达到产学研的目的。
效益
找到最佳异型水路布置方案，解决产品冷却后温度分布不均的问题
产品冷却时间从15秒缩短至13秒
有效控制缝合线温度，降低其对产品外观影响
符合产品尺寸精度要求
产品残留应力低且均匀
案例研究
与LED连接的LED透镜是用于提高光的利用效率和发光效率，对外观质量要求较高，应避免缝合线、流痕或其他表面缺陷；表面粗糙度也应小于20nm。 在本研究中，原始的冷却水路设计(图一)会导致冷却后温度分布不均，造成更大的翘曲及更高的热残留应力，且会拉长冷却时间。
图一 原始水路设计
原始冷却系统的温度和残留应力分布如图二和图三所示。可以发现，热量聚集在球体中心，因此温度和残留应力变化很大，被视为光学组件的缺陷。
展开 产品应力的问答
塑料产品跌落冲击仿真，怎么评判冲击破坏？？是根据冲击过程中瞬时应力大于材料设置属性的屈服应力？？还是根据应变能啥的？？
塑料产品跌落冲击仿真，怎么评判冲击破坏？？是根据冲击过程中瞬时应力大于材料设置属性的屈服应力？？还是根据应变能啥的？？仿真做完了，但是怎么去评判是否发生冲击破坏？？？小弟先在此谢谢各位啦
有以等效塑性应变，静水应力等作为失效判据的
塑料件产品跌落仿真后，最大应力处远远高于设置的材料屈服强度，这说明会破坏吗？
塑料件产品跌落仿真后，最大应力处远远高于设置的材料屈服强度，这说明会破坏吗？产品损坏的评判标准是什么指标？塑性变形？还是最大应力大于屈服应力？？目前比较纠结的是不知道怎么去分析这个仿真结果，应力集中是会发生的，应力集中就能导致材料破坏？请知情的朋友提示一下
破坏准则是根据材料来的，而且有限元中材料要有塑性才能模拟出塑性后真实的应力（不然应力可能很大（弹性波传递更快））
请教阿毅大哥后处理器中可不可以显示拉深件的“应力”
阿毅大哥，请教一下在Dynaform后处理器中如何查看产品的应力分布云图和产品上的每一个点在加工过程中应力随时间变化的曲线呢？各位路过的大神，如果遇到过类似问题，也请不吝指教。
:strong:大神，非常感谢！自己再后处理手册中也看到了要用这个功能，但就是找不到。多谢指点，有机会都交流啊。
产品应力的最新内容
塑胶材料的收缩与翘曲(一)21天前
然而有的材 料甚至会在室温条件下，或因为吸湿、照光、受热等状 况，而启动了产品内部的应力释放，所以会再造成产品 体积上的持续收缩变化，此现象即是所谓的产品后收 缩，所以一般要检验产品尺寸是否已稳定没有收缩变形 状况,会去要求产品需静置48小时后，再进行尺寸上的量测。
产品翘曲
而所谓的产品翘曲就是指成型产品的表面外观发生变 形，使的产品外型无法依照设计上的外观尺寸及形状。
✅ 直接观察塑胶产品残留应力分布。
✅ 背光式光源模块适用于各式透明塑件。
✅ 手提式设计，重量轻盈，携带方便，可在成型机台旁实时使用。
图一 纤维强化塑料的前一射作为第二射的嵌件
前一射加工制程对第二射翘曲的影响
由于前一射的模具设计与加工条件，来自于前一射的嵌件本身已带有如温度与应力等内部状态，因此在第二射各组件相互作用下，嵌件的起始状态势必对完整产品热传与应力平衡带来变化。因此，如果要掌握最终成品的质量，就必须连同前一射制造过程也一起考虑(如图二)。
但IMR制程容易产生冲墨和应力痕等产品瑕疵，因此Acer以利用Moldex3D专家分析模块的实验设计法(DOE)检验IMR制程的问题，并藉此优化制程条件和设计。
同时也改善了产品的残留应力和折射率，获得更佳的光学质量。
为解决此问题，光宝科技借助模流分析软件Moldex3D Advanced解决方案和FEA接口功能模块，以及结构分析软件LS-DYNA，找出制程中产生的残余应力对产品变形的影响。经改良射出制程之后，光宝科技成功在预期时间内制造出零缺陷产品。
但此技术在制造时，容易在未上色的产品上造成应力痕；在喷涂、干燥后，会产生光泽不均的问题；以及在浇口喷嘴另一侧会出现热点痕(图一)，这些产品瑕疵都会造成巨大的成本耗损。相较于传统以开关式控制的阀式热浇道系统，Synventive的activeGate技术涵盖了更先进的控制系统，包括阀针的行程、速度、加速度的控制等。
本案例中台科大团队选择可降解塑料聚乳酸(Poly Lactic Acid, PLA)塑料复材来进行模拟，探讨纤维配向对产品翘曲和应力的影响。
挑战
须了解纤维对于产品强度的影响
目前对于PLA较无标准测试及模拟分析方法
解决方案
利用Moldex3D Advanced以及纤维配向模块打造网格模型(图一)、进行收敛测试(图二)并完成射出成型模拟。
挑战
评估纤维排向对对象强度之影响
判别产品应力集中区域
解决方案
透过Moldex3D FEA界面，史丹利百得团队将射出成型过程中受流场方向影响的纤维排向结果输出至Altair Multiscale Designer，再映像到Altair Radioss进行结构分析。
同时也改善了产品的残留应力和折射率，获得更佳的光学质量。
