Moldex3D仿真分析之Shell建模的厚度

许多塑料产品的塑件厚度与融胶流动长度比率非常小，因此可使用如下图所示的薄壳 (Shell) 模型仿真成型行为。

下方列出薄壳 (Shell) 模型的一般特色。

•若塑件厚度小于熔胶流动长度 (厚度/维度比小于 0.1)，则可忽略厚度方向的流动。

•这种结合几何与厚度定义的方式被称为薄壳假设 (Thin Shell Assumption)，被用于架构薄壳 (Shell)模型。

Shell 分析定义

•若要建立塑件模型，可利用中间面法简化塑件几何。同时会指定模型属性厚度方向的相符厚度，以完成几何建模。

Shell 模型建模

指定 Shell 建模的厚度

架构几何中间面的关键在于熟悉 CAD 工具，因此无法自动产生 Shell 模型。而且，用户必须执行许多指令将实体模型转为薄壳 (Shell) 模型，这是在操作 CAE 工具时最耗力的工作。经过多年的研发，Moldex3D Mesh 已经可以提供功能强大，用户容易上手的操作接口。如果使用者熟捻 Moldex3D Mesh 工具，一天之内即可完成大部分模型类别的网格作业。

薄壳 (Shell)模型的网格分类

Moldex3D 提供两种薄壳 (Shell)模型网格元素：线性线元素与线性三角元素。一般而言，流道、冷却水路以及热浇道都是由线元素定义。塑件与特定浇口，例如扇形浇口是由三角元素定义。

Shell 模型的两个元素类别

网格简化

若要执行仿真，通常会根据理论使用有限元素分析将整个几何区域细分为许多小元素。此步骤称为网格划分。如果网格密度不足，几何有可能会偏离原始形状，例如在导圆角区域。网格密度越高代表系统仿真实际几何的成功率越高。但是网格密度越高，则需要更多的运算资源。

在仿真作业中，可利用几何简化预估浇口的流动模式，同时保持系统的主要行为。如图所示，通常建议在小面积与导圆角区域，使用更多元素来取得更好的结果，但计算时间也会增加。使用者应依据其网格划分经验权衡上述考虑。如图所示，成形仿真作业中可适当地忽略一些微小的几何特征。

成形近似法

导圆角上的锐利元素

细致化薄壳 (Shell)分析中非必要特征附近的网格

网格划分注意事项

网格的连接性是其中一项重要事项。汇出网格之前应检查网格的连接性。网格的间隙可能会造成不合理的缝合线、包封或是短射等问题，这些不应该出现在现实对象。选取的表面不同，架构网格的方式也不同。使用者应熟捻几何与网格的变化，以建立趋近于真实的成型。网格划分时应解决重迭、多余孔洞、间隙或连接不良等问题。

薄壳 (Shell)建模的一般问题

薄壳 (Shell)建模所造成的流动波前间断

薄壳 (Shell)建模所造成的流动波前间断

薄壳 (Shell)建模的其他问题

网格品质

网格的质量会影响仿真效率与准确度。如果质量不佳，网格模型的分析结果会与实际对象有很大的偏差。一般而言，元素长宽比可用来评估网格质量。如果长宽比介于 0.3 至 0.6，网格品质为「中等」，若长宽比小于 0.3，则为「不佳」。Moldex3D 中大部分的元素长宽比会自动控制于 0.4 至 1.0，提高分析结果的可信度。

锐利与钝的内部角度所造成的不良元素

元素的质量表格

网格密度

理论上，网格密度越高，仿真的准确度越高。但因为元素数量增加，运算时间亦会延长。因此需权衡效率与准确度。在大多情况下，薄壳 (Shell) 模型的元素数量建议介于 20,000 至 50,000。应提高缝合线位置区域、厚度变更区域以及指定特征的网格密度 (分辨率)，以确保分析结果的准确。下列为建议的分析策略。

•初步分析应使用较少的元素。目的是为了找出已射出模型的趋势。

•进阶分析应使用较多的元素。目的是为了取得更可靠的结果。

网格密度已经提高到一定的值，所以可以取得更全面的结果。

薄壳 (Shell)模型分辨率与元素数量之间的关系