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1、高精高效模流分析技术高精高效模流分析技术 MoldFlow 3D 分析技术的引进与推广分析技术的引进与推广 工程部 2013 年 1 月 9 日 一、 一、 3D 分析技术的引进分析技术的引进 模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电 子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法 适应产品更新换代和提高质量的要求。计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品 加工中这些薄弱环节的最有效的途经。 同传统的模具设计相比， CAE 技术无论在提高生产率、 保证产品质量， 还是在降低成本、
2、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。因此，不断加强自身的 CAE 技术是现代企业 赢得市场竞争的关键，同时，这甚至影响着未来企业的生存。 模具行业最被广泛应用的 CAE 技术当数模流分析技术，即将实体划分为有限元进行各项分析，有限元 分析一般可分为中面有限元，表面有限元和三维有限元，三者中三维有限元分析精度最接近实际，但由于 其 3D 有限元数量的庞大给计算机带来了巨大的计算量，其分析速度一直制约着 CAE 技术的发展。但随着计 算机产业的发展， 计算机的计算方式和运算速度不断地得到提升， 三维有限元分析已不再是案台上的花瓶。 公司使用的模流分析软件是 MoldFlow，其分析方式有中性面分
3、析、双层面分析和 3D 分析，各种分析均 有一一对应的网格。 目前公司分析模式：目前公司分析模式：一般采用双层面分析，少数精度要求高的产品采用 3D 分析。 模式形成原因：模式形成原因：软件使用上，刚从 MPI6.1 过渡到 MoldFlow2012，6.1 的分析思路和分析经验告诉我们：双 层面分析精度基本能满足一般要求，3D 分析速度是双层面的数倍。 为什么要推广为什么要推广 3D 分析分析 1、 因为因为 3D 分析精度高分析精度高 它是最接近于实际模型的分析 2、 因为双层面分析具有局限性因为双层面分析具有局限性 A、 双层面对网格质量要求高：平均纵横比需小于 6；对于流动分析，网格匹
4、配率必须高于 85%；而对 于翘曲分析，则必须高于 90%。对于我们公司的一般产品而言纵横比修到 6，要花上大量时间；一 般网格匹配率很难高于 85%。而 3D 网格纵横比小于 30 即可，且无需考虑匹配率问题，因此修补修补 3D 网格效率会更高网格效率会更高。 B、 双层面分析对壁厚不均的制品分析结果出入较大。而我们公司多数是壁厚不均，常有尖边存在（厚 度小于 0.5mm） ，如有齿形菲涅条纹的制件，一般分析时会提示“厚度超出预期”的警告。这样分 析出来的结果通常准确性很低。 例一：例一：AI25、C794、C868、C869 均出现的问题均出现的问题 以上问题均由尖边引起，不但减慢了分析速
5、度，还影响了分析精度（充填时间、冲填压力、锁模力均 与实际偏距很大。 ） 例二：例二：AL95 公司所有此类齿形花纹模 具，双层面分析均会发生厚 度与实际不符问题。 网格厚度与实际一 致，但分析结果却偏 差很大（见下页） 网格厚度检测 网格厚度检测 由此可见产品的厚度不均对双层面的分析结果精度是影响巨大的。 3、 因为因为 3D 分析速度已经有了质的飞跃。分析速度已经有了质的飞跃。 2009 年 7 月 Autodesk 公司发布了 Moldflow2010 版， 在这个版本中采用了全新的 AMG 算法， 支持多 CPU 并行分析和显卡 GPU 分析，分析效率和精度得到了全面提升。 MPI6.
6、1 及以前版本仅可单 CPU 分 析，现在工程部电脑多为 4 核以上 CPU，分析速度将是以前的数倍。 GPU 是显卡的图形处理器，利用 CUDA 技术提供的处理能力， 配上内置显存，在显卡中能够解决复杂的模拟问题，经过我的 实际测试，使用此功能能使分析时间缩短 20%至 30% 官方给出的数据 现 在 的 3D 分 析 速 度 与 旧 版 Moldflow 的分析速度对比 注射压力分析 未 开 启 GPU 分析 所得分析 时间 开启 GPU 分析所得 分析时间 节 约 了节 约 了 45 分钟， 速 度 提 升了 分钟， 速 度 提 升了 29% 开启开启 GPU 分析后， 分析时间对比分析
7、后， 分析时间对比 （GPU 功能需开启才能使用） 相同的模型相同的注射参数 同样进行 相同的模型相同的注射参数 同样进行充填充填+保压保压 3D 分析速度与双层面分析速度谁快呢？分析速度与双层面分析速度谁快呢？ 经过我多个分析项目的测试，3D 分析速度基本与双层面分析速度一样（前提是双层面网格不存在质量 问题的情况下，否则 3D 分析还会更快一点） 。 因此，无论从精度上，还是从速度上，使用全因此，无论从精度上，还是从速度上，使用全 3D 分析已然成了最优的选择。分析已然成了最优的选择。 3D 分析的优势分析的优势 3D 流动分析可以观看喷射现象， 可以预测或验证部分熔接痕的形成原因， 而这
8、些在双层面分析中是无 法观察到的。 双层面分析 3D 分析 对于薄膜浇口， 双层面流动明显与实际情况及与流体动力学不符。 熔料在注射过程中从薄腔进 入厚腔，发生了喷射现像，制 件如图所示产生了熔接线问 题。 在慢速注射时考虑重力因素的情况， 此分析对于我们慢速注射的光导件、 超厚制件是有一定意义的。 而这在双层面中是无法分析到的。 二、 二、 3D 分析技术的推广分析技术的推广 注意注意 网格划分：网格划分： 划分 3D 网格之前需先划分双层面网格， 并将网格修至： 1 个连通区域， 30 以下的最大纵横比 （时 间允许的话建议尽量修至 15 以下） ， 无自由边及多重边， 配向不正确的单元为
9、 0， 无交叉及重叠单元。 分析项目：分析项目：仅“填充+保压” “翘曲”分析支持 GPU 分析功能。 GPU 分析的开启：分析的开启： 1、 最低硬件要求是一个已启用 CUDA 的显卡，能够处理双精度（64 位浮点精度）计算（工程部电脑 全部显卡拥有独立 GPU） 2、 求解器参数中，需在“填充+保压分析”选项卡选择“使用 GPU” 3、 求解器参数中，需在“翘曲分析”选项卡选择“使用 GPU” 源数据处理 数据优化 导入数据 网格处理 划分双层网格 修补网格 划分3D网格 分析设置 选择分析项目 选择胶料 确定注射位置 设置工艺条件 分析 启动分析 GPU 设置 多核 CPU 设置 GPU 设置
