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多物理場模擬實現注射擊砂過程的控制與最佳化

注射擊砂是現代製造業中提升關鍵結構件抗疲勞性能與延長使用壽命的基石。然而,由於這是一個多參數耦合的複雜工藝,如何精確控制丸粒的覆蓋均勻性和最終預測殘餘壓應力輪廓,一直是工程設計中的主要挑戰,傳統上依賴高成本的實體試驗。

為克服這些困難,多物理場耦合模擬技術成為了實現製程精確控制的理想解決方案。本研究運用 DEMCFDFEM 的整合分析,成功建立了注射擊砂過程的跨尺度虛擬模型。此方法能夠在進入實際製造前,精準預測關鍵參數對殘餘應力輪廓的影響,從而優化工藝設計,有效縮短開發週期並達成設計目標。

解決方案:

為高效實現注射擊砂過程的控制與最佳化,本文採用由 Ansys 平台驅動的多物理場耦合模擬框架,將複雜工藝分解為以下三個核心環節:

  • Ansys Rocky:透過離散元素法 (DEM),實現對宏觀尺度下多顆粒的運動軌跡與撞擊動力學的精準捕捉。此模型是最佳化彈球速度和覆蓋範圍、確保程序控制一致性的關鍵環節。
  • Ansys Fluent:專注於計算流體力學 (CFD) 建模,生成顆粒射出所需的驅動力流場模型。其輸出的流體動力學數據,為後續撞擊模擬提供了精確的初始速度條件。
  • Ansys Mechanical:藉由有限元素法 (FEM),模擬靶材在中尺度下的材料動態響應與彈塑性變形。此模型的核心價值在於預測和量化最終的殘餘壓應力輪廓,達成應力與表面完整性的最佳平衡。

隨著衝擊速度(m/s)的增加,侵蝕體積增加

多物理場耦合模擬是實現注射擊砂過程控制與最佳化的強大方案。 透過 DEM、CFD 和 FEM 整合,成功進行了跨尺度的虛擬驗證。 有效克服了工藝中覆蓋均勻性及殘餘應力精確控制的技術挑戰。核心價值是達成對殘餘應力輪廓和表面粗糙度的預測性量化。該技術為製造業提供了高效的虛擬工具,顯著提升產品的抗疲勞性能與結構完整性。

資料參考:簡報內容

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