應(yīng)力仿真模塊是專門用來模擬鑄件在成型過程中所產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力以及與之相關(guān)變形的力學(xué)模塊。所謂鑄造應(yīng)力，指鑄件在凝固和以后的冷卻過程中體積的變化不能自由的進(jìn)行，于是在產(chǎn)生變形的同時(shí)還產(chǎn)生應(yīng)力。過大的殘余鑄造應(yīng)力會(huì)影響鑄件在服役過程中的承載能力，過大的殘余變形則會(huì)導(dǎo)致裝配困難。

      上述問題在生產(chǎn)汽車減震塔、后底板、殼體、箱體等薄壁件，以及筆記本外殼等外觀要求高的鑄件中非常常見。為此，提前在開發(fā)環(huán)節(jié)進(jìn)行應(yīng)力變形分析，是保證產(chǎn)品的尺寸公差，提高產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。

      適創(chuàng)科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)耗時(shí)半年，在智鑄超云平臺已有功能的基礎(chǔ)上，開發(fā)了應(yīng)力變形仿真模塊，它可以預(yù)測鑄件的變形狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而評估產(chǎn)品的性能，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)工藝。目前，可輸出三個(gè)方向的應(yīng)力場和總應(yīng)力場，以及位移結(jié)果。

      在計(jì)算應(yīng)力的過程中，智鑄超云采用基于STL模型的有限元網(wǎng)格剖分，使得求解器的穩(wěn)定性很高，厚度小于0.1mm的內(nèi)澆口，也能保證三層以上的網(wǎng)格量。

      智鑄超云應(yīng)力模塊的突出優(yōu)勢：

      一、全流程數(shù)據(jù)

      在模擬計(jì)算過程中，從充填到凝固分析中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以無縫傳遞到應(yīng)力分析端，無誤差地獲取每一處位置的不同溫度。

      在整體計(jì)算流程中，將凝固計(jì)算過程中的溫度場差值傳遞到應(yīng)力場，可以計(jì)算模內(nèi)冷卻、頂出變形、浸水冷卻、去渣包澆道四個(gè)階段并輸出仿真結(jié)果，整個(gè)過程全部智能化。

      二、熱彈塑性本構(gòu)

      智鑄超云采用了自主研發(fā)的熱力耦合+彈塑性求解器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力計(jì)算，這是技術(shù)最復(fù)雜，但也是最接近實(shí)際工況的求解器。

      求解器可根據(jù)每一處溫度的差異，賦予材料不同的物理性能，并同時(shí)考慮塑性形變帶來的不可恢復(fù)形變。

      三、全自動(dòng)邊界

      整個(gè)計(jì)算流程采用全自動(dòng)算法，不需要用戶指定邊界條件，自動(dòng)設(shè)定來自模具、頂桿等部件的約束作用，根據(jù)熱彈性結(jié)構(gòu)計(jì)算出熱力載荷。

      四、大規(guī)模并行

      應(yīng)力場計(jì)算采用千萬級別網(wǎng)格量，依托云計(jì)算，應(yīng)力模塊進(jìn)行大規(guī)模分布式并行計(jì)算，既能加快計(jì)算速度，也可實(shí)現(xiàn)結(jié)果的精準(zhǔn)。

      智鑄超云應(yīng)力模塊操作步驟：

      一、找到應(yīng)力分析選項(xiàng)

      應(yīng)力模塊被集成至“工藝流程—凝固”設(shè)置面板中，勾選“應(yīng)力分析”選項(xiàng)即可進(jìn)行分析。

      下方有四種參數(shù)設(shè)置模式：

      1.計(jì)算模式，目前可選線彈性。（線彈性+塑性、線彈性+塑性+模具約束兩種模式將在下次更新中上線。）

      2.計(jì)算階段，目前可選模內(nèi)冷卻。（模內(nèi)冷卻+頂出、模內(nèi)冷卻+頂出+進(jìn)水冷卻、模內(nèi)冷卻+頂出+進(jìn)水冷卻+去除渣包澆道三種模式將在下次更新中上線。）

      3.計(jì)算頻次，目前可選開模溫度場。（每個(gè)時(shí)間步溫度場選項(xiàng)將在下次更新中上線。）

      4.計(jì)算循環(huán)，目前可選最后一個(gè)循環(huán)。

      設(shè)置結(jié)束后即可保存。

      二、設(shè)置網(wǎng)格剖分

      在“網(wǎng)格剖分”選項(xiàng)中，設(shè)置最小網(wǎng)格尺寸即可開始剖分，千萬級網(wǎng)格量僅需30秒就能完成。

      三、設(shè)置輸出模塊與輸出條件

      應(yīng)力的輸出結(jié)果默認(rèn)全部輸出，在輸出模塊面板中僅選擇充填和凝固流程的輸出結(jié)果即可，勾選完成后保存設(shè)置，并提交計(jì)算。

      要注意，應(yīng)力計(jì)算資源必須和凝固計(jì)算資源選擇同一計(jì)算平臺才可成功提交，但可選擇同平臺的不同核數(shù)。

      四、查看結(jié)果

      默認(rèn)輸出X、Y、Z三軸位移參數(shù)，總位移參數(shù)與應(yīng)力參數(shù)五個(gè)計(jì)算結(jié)果。

      在生產(chǎn)端，應(yīng)力仿真模塊的表現(xiàn)優(yōu)異：

      以一個(gè)閥體鑄件為例，在計(jì)算應(yīng)力時(shí)，使用24核資源，450萬網(wǎng)格計(jì)算僅需21分鐘，加上凝固網(wǎng)格計(jì)算，總時(shí)長也僅有55分鐘，實(shí)現(xiàn)快速評估方案。

      在結(jié)果對比中，將仿真結(jié)果（左側(cè)）的Z軸偏差對比實(shí)際測量值（右側(cè)），18個(gè)相同位置采集點(diǎn)中，除澆口附近點(diǎn)位由于去除澆道，產(chǎn)生了一定后續(xù)位移外，仿真數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)偏差極小，均在產(chǎn)品公差范圍內(nèi)。

      對比X、Y方向的結(jié)果也是如此，仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的偏差值，均在產(chǎn)品公差范圍內(nèi)。

      最后，通過查看應(yīng)力分布結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果在R角與澆口部分出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，那么，鑄件可能會(huì)出現(xiàn)變形，模具也可能更早出現(xiàn)龜裂，可通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化或控制模溫，規(guī)避此問題。

      * 該產(chǎn)品模型由適創(chuàng)科技用戶“寧波吉源第模具有限公司”提供

      適創(chuàng)科技仿真產(chǎn)品負(fù)責(zé)人表示，將持續(xù)優(yōu)化應(yīng)力仿真模塊的前處理配置功能和算法效率，為用戶打造完善的使用場景和極速的計(jì)算體驗(yàn)。更多的仿真模塊也將在未來陸續(xù)上線，我們拭目以待！