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永續材料轉型:數位化可靠性分析與預測技術

在製造業加速推動減碳與循環經濟的背景下,回收材料與永續材料的導入已成為產品開發的重要方向。然而,相較於傳統原生材料,永續材料在來源、成分比例與加工條件上的差異,使其力學特性呈現高度離散,為產品設計與量產穩定性帶來新的挑戰。

若僅依賴有限的實體試作與確定性驗證流程,往往難以全面反映材料波動對產品性能的影響,導致強度不足、疲勞壽命下降或安全係數偏移等風險於量產階段才浮現。因此,如何在設計初期即掌握材料不確定性,並預測其對產品行為的影響,已成為永續材料能否成功導入量產的關鍵。

數位化驅動的永續材料可靠性分析方案

為化解永續材料力學特性的離散性,本文建立一套數位化驗證工作流,將不確定性量化並拆解為以下核心環節:

  • Ansys Granta:系統化擷取材料屬性波動範圍,將不確定來源轉化為量化參數,為永續材料可靠性分析奠定數據基礎。
  • Ansys LS-DYNA: 執行虛擬測試預測產品力學反應,確保在材料變異下仍符合設計規範。
  • Ansys OptiSLang:識別性能「甜蜜點」,執行深度穩健性分析,確保滿足 6σ 品質標準。

物理測試與虛擬測試曲線對照

LS-DYNA 隨機性材料參數模擬

6σ 穩健性分析與安全邊際評估

透過數位化材料建模與虛擬測試,工程團隊得以大幅縮短開發週期,並提前掌握材料波動對產品行為的影響。這是在確保量產穩定性的前提下,提高回收材料使用比例、實現永續製造最具體的工程路徑。

資料來源:ANSYS 簡報內容

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