Moldflow等效壁厚与形状因子详解

一、概述

并非所有塑料零件都具有规则的横截面，即两个面均平整。分析复杂形状的产品，比如：栅格，门板，喇叭罩等，要求使用超精细网格对零件的原形准确建模，这是一项耗时且计算开销较高的任务。对于中性面分析技术，此类复杂的横截面可以近似地采用较薄的、具有相等材料体积的平整横截面加以表示。中性面网格不考虑零件边缘。形状因子考虑与模具接触的其他表面积。表面样式的形状因子定义为实际接触面与等价平整表面的实际接触面的比值。

注意: 3D 网格中的要素不能使用相等厚度进行建模，必须使用近似网格密度进行建模

形状因子：柱体单元

二、柱体单元的等效横截面形状

要简化计算，可将具有非圆形横截面形状的柱体单元转换为等效的圆形柱体。

原始形状的热传导也要考虑在内。形状因子(实际横截面形状的外周长与具有等效横截面面积的圆形柱体的周长之比)针对转换后柱体应具有的额外表面积进行调整。

三、支持的柱体单元的横截面形状

下表列出了可用的横截面形状以及定义它们所需的尺寸。

重要信息：对于 U 形梁，确保高度永远不会大于宽度。如果输入的高度值大于宽度，软件将把 H 设置为 W。

四、圆形柱体横截面形状的等效直径和形状因子

下表说明了定义非圆形柱体横截面形状所需的尺寸，同时给出了用于定义每个柱体形状的等效直径和形状因子的计算。

注意：分析会直接求解圆形和环形柱体形状。无需计算圆形或环形柱体形状的等效直径或形状因子。

重要信息：在以上给出的公式中，角度测量必须以弧度(而非度)指定。

重要信息：对于 U 形梁，确保高度永远不会大于宽度。如果输入的高度值大于宽度，软件将把 H 设置为 W。

五、操作示例

某个矩形流道的横截面宽度(a)为 5 mm，高度(b)为 3 mm。

利用以上公式，可以将此流道建立成直径为

或 4.37 mm 的圆形柱体单元这一模型。

流道所需的形状因子为

或 1.16。

建立此柱体单元模型时，请选择(“几何”选项卡   “属性”面板   “编辑”)。在“截面形状是”框中选择“其它形状”。单击“编辑尺寸”，然后在出现的“横截面尺寸”对话框中输入等效直径的计算值(4.37)和形状因子的计算值 (1.16)。

六、形状因子：网孔类形状

七、支持的三角单元的横截面形状

与用于柱体单元的直径和形状因子相似，厚度和形状因子是中性面三角单元的属性。如果某个表面具有规则的横截面，则会指定厚度，此时形状因子等于 1。但是，出于外观和功能原因，在塑料零件设计过程中经常使用表面样式。可采用两种方法对具有表面样式的零件进行建模：使用比表面样式中的要素略小的元素，或使用具有相等厚度和形状因子(用于修正表面样式引起的其他冷却和流动阻力)的元素。第一种方法可能会为模型生成大量的元素，且样式中具有小要素。第二种方法在解决实际问题方面更有效。

下图显示了厚片状的表面。等价厚度和形状因子是根据样式的一个基本单元(重复出现)计算出来的。

样式的基本单元具有投影区域   ；接触面、 (包括顶部、底部和横向区域)以及上下表面之间的体积  。对于同一个等价厚度而言，较大的形状因子意味着给定体积具有较多的接触面、从壁上获得冷却效应较多以及从几何不规则区域获得流阻较大。程序会自动根据中性面单元各自的形状因子对中性面单元的这两种效应进行调节。

可采用两种方法使用栅格对几何进行建模，具体取决于栅格的相对尺寸和网格大小。如果栅格片段的长度大于网格大小(如下图中的零件(a)所示)，则应使用具有合适的等价直径和形状因子的柱体单元对栅格进行建模。如果栅格大小小于网格大小(如下图中的零件(b)所示)，则应使用具有等价厚度和形状因子的三角形单元对整个栅格区域进行建模。

(c)横截面 A-A，(m)网格大小，(r)柱体(流道)单元

(c)横截面 A-A，(m)网格大小，(u)基本单位

八、操作示例

若要对 2 mm 厚的零件中的某个栅格 (孔大小 (d)为 2 mm、孔间距离(a)为 1.5 mm)  进行建模，首先应确定该栅格的代表区域，这是进行计算的前提。此为上图中的区域  。

投影区域(A)即为区域   。

或   = 12.25。

接触面(S) 为 [2 x 投影面积(上表面和下表面)] – [2 x 孔面积] + [孔周长 x 孔厚度(b)]。这将减少至

替换值，得到   = 37.07。

体积 (V) 为 [投影区域的体积] – [孔的体积]。这等价于   或    = 27.33。

等价厚度 (T) 为    或 27.33/12.25 = 2.23 mm。

形状因子 等于 [接触面面积 (S)] / [2 x 投影面积 (A)]，或等于 1.51。

选择中性面网格模型上的栅格区域。单击鼠标右键，然后选择“属性”(或者，单击   “几何”选项卡    “属性”面板  “编辑")。在“截面形状是”框中选择“其它形状”。单击“编辑尺寸”，然后在出现的“横截面尺寸”对话框中输入等效厚度 (2.23) 的计算值和形状因子(1.51)。

注意: 栅格是一种常用的设计要素。在“截面形状是”下拉框中提供了一个选项，该选项可使用方形孔或圆形孔自动计算栅格的等效厚度和形状因子。从下拉框中选择合适的栅格类型，单击“编辑尺寸”，并输入栅格几何。然后，程序将使用这些合适的因子。