塑料件应力分析方法

　　塑料件的应力分析是产品设计、结构优化和失效预防中的关键环节。由于塑料(高分子聚合物)具有非线性、粘弹性、温度/应变速率敏感性等特性，其应力分析比金属更复杂。

　　应力分析方法

　　1. 理论估算(简化模型)

　　适用于初步设计或规则几何体：

　　使用经典梁/板理论;

　　考虑安全系数(通常比金属更大，如2–5倍);

　　查阅材料数据表(如UL Prospector、CAMPUS数据库)获取拉伸强度、弯曲模量等。

　　局限：无法处理复杂几何、应力集中、多轴应力状态。

　　2. 实验测试

　　(1)应变片法

　　在关键部位粘贴电阻应变片;

　　测量实际应变，结合胡克定律估算应力;

　　注意：塑料表面处理困难，热膨胀系数大，需温度补偿。

　　(2)光弹性法(Photoelasticity)

　　适用于透明塑料(如PMMA、PC);

　　通过偏振光观察应力条纹，定性/半定量分析应力分布;

　　可可视化应力集中区域(如孔、拐角)。

　　(3)数字图像相关(DIC)

　　非接触全场变形测量;

　　适用于大变形、非线性响应的塑料件。

　　3. 有限元分析(FEA)——主流工程方法

　　步骤：

　　几何建模与网格划分

　　使用CAD软件(如SolidWorks, Creo)建模;

　　网格细化在应力集中区(如R角、孔边)。

　　材料本构模型选择(关键!)

　　线弹性模型：仅适用于小变形、短期静态载荷(粗略估算);

　　超弹性模型(如Mooney-Rivlin, Ogden)：用于橡胶类弹性体;

　　弹塑性模型(如von Mises + 塑性硬化)：用于硬质塑料(如ABS、PC);

　　粘弹性模型：

　　Prony级数(用于蠕变/松弛模拟);

　　时间-温度叠加原理(WLF方程);

　　各向异性模型：考虑注塑流动方向(需Moldflow等工艺仿真耦合)。

　　边界条件与载荷

　　真实模拟装配约束(避免过约束);

　　考虑装配应力(如过盈配合、螺丝锁紧力);

　　包含热载荷(如热膨胀差异引起的热应力)。

　　求解与后处理

　　查看Von Mises应力、主应力、应变能密度;

　　识别屈服区域(对比材料屈服强度);

　　进行疲劳或蠕变寿命预测(如使用Time-Hardening蠕变模型)。

　　常用软件：ANSYS, Abaqus, Moldflow(注塑+结构耦合), COMSOL。

来源：网络