Moldflow Basics | Ep.4 ประเภทของเอลิเมนต์เมชใน Autodesk Moldflow

ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method) คือวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่ได้รับความนิยมกับงานวิศวกรรม เป็นจุดเริ่มต้นและเป็นหัวใจของการทำซิมูเลชั่น ซึ่งจะมีการแบ่งโครงร่างตาข่าย เรียกว่า เมช (Mesh) และขอบเขตของโครงร่างตาข่ายออกเป็นส่วนย่อยๆ เรียกว่า เอลิเมนต์ (Element) และมีจุดต่อตามมุมของเอลิเมนต์ เรียกว่า โหนด (Node)

การเตรียมเอลิเมนต์หรือเมชที่ดีและเหมาะสมจะส่งผลให้ระยะเวลาในการคำนวณสั้นลงและผลลัพธ์มีความแม่นยำมากขึ้น
เอลิเมนต์ที่ใช้ใน  Autodesk Moldflow ประกอบด้วยเอลิเมนต์หลัก 3 รูปแบบ คือ

·  2-noded beam เป็นตัวแทนของระบบรันเนอร์ ท่อหล่อเย็น และอื่น ๆ

·  3-noded triangle เป็นตัวแทนของรูปร่างชิ้นงาน Mold inserts และอื่น ๆ

·  4-noded tetrahedral เป็นตัวแทนของรูปร่างชิ้นงาน Mold inserts Core ระบบรันเนอร์ และอื่น ๆ

เมชที่ใช้ใน  Autodesk Moldflow ประกอบด้วย

Midplane (2D mesh)
เมชแบบ Midplane เป็นเอลิเมนต์เมชแบบ Triangular เกิดขึ้นจากโหนด 3 nodes ประกอบเป็นเอลิเมนต์สามเหลี่ยมที่มีการจัดเรียงตัวของเอลิเมนต์ภายใต้กฎมือขวา (Orientation) ซึ่งจะฟอร์มตัวเป็นเมชแบบ 2D  (ลักษณะเป็นแผ่น หรือ sheet) วางตัวอยู่บนเส้นกึ่งกลางของหน้าตัดชิ้นงานพลาสติก โดยในแต่ละสามเหลี่ยมเอลิเมนต์จะมีสัดส่วนระหว่างด้านที่ยาวที่สุด (w) ต่อด้านที่สั้นที่สุด (h) ในการควบคุมคุณภาพของเมช เรียกว่า Aspect Ratio สามารถใช้ได้ใน Autodesk Moldflow Insight เท่านั้น

Dual Domain (2.5D mesh)
เมชแบบ Dual Domain หรือบางครั้งเรียกว่าเมชแบบ Surface mesh ซึ่งเป็น 2.5D modified มีเอลิเมนต์สามเหลี่ยมที่มี 3 nodes รวมกันเป็นผิวของเมชซึ่งตัวแทนของพื้นผิว 3 มิติของชิ้นงานในลักษณะชิ้นงานที่ภายในกลวง โดยที่ระยะห่างระหว่างเมชในด้านตรงข้ามของพื้นผิวจะกำหนดความหนาของชิ้นงาน และต้องมีความยาวการไหลอย่างน้อย 4 เท่าของความหนาชิ้นงาน และเพื่อให้มีความแม่นยำของผลลัพธ์มากขึ้นควรมีความยาวของการไหล 10 เท่าของความหนา สิ่งที่สำคัญในการกำหนดความถูกต้องของความหนาชิ้นงานขึ้นอยู่กับความเบี่ยงเบนของเอลิเมนต์ด้านบนและด้านล่าง ดังนั้นการควบคุมคุณภาพของความเบี่ยงเบนจะเรียกว่า Match mesh percentage ซึ่งควรมีอย่างน้อย 85% (Mesh Matched) สำหรับการวิเคราะห์จะทำงานโดยการจำลองการไหลของพลาสติกหลอมเหลวที่ทั้งด้านบนและด้านล่างของโพรงแม่พิมพ์ เมชแบบ Dual Domain ใช้โมเดลการไหลแบบทั่วไปของ Hele – Shaw (Generalized Hele–Shaw model) ซึ่งอยู่ภายใต้สภาวะการไหลแบบราบเรียบของของไหลแบบนิวโตเนียน (Newtonian Fluid) ภายใต้สมมติฐานที่ไม่คำนึงถึงผลกระทบจากความเฉื่อยและแรงโน้มถ่วง ละเลยการสูญเสียความร้อนที่ขอบของชิ้นงาน และไม่มีการพาความร้อนในทิศทางของความหนา

3D Mesh (Tetrahedral)
เมชแบบ 3D mesh มีลักษณะเป็นทรงตันที่เติมเต็มปริมาตรของชิ้นงานด้วยเอลิเมนต์ 3 มิติ มีลักษณะเป็นรูปพีระมิดฐานสามเหลี่ยมประกอบด้วย 4 nodes ในการคำนวณความหนาของชิ้นงานเป็นการคำนวณความหนาที่แปรผันบนชิ้นงานเรียกว่า Maximum ball algorithm มีการสร้างสมมติฐานน้อยกว่า Midplane และ Dual Domain ซึ่งใช้แบบจำลอง 3D Navier-Stokes มาอธิบายการเคลื่อนที่ของของไหลและจำลองรูปแบบการไหลสำหรับแต่ละเอลิเมนต์ ยิ่งเมชในแบบจำลอง 3 มิติมีขนาดเล็กหรือละเอียดมาก ผลการวิเคราะห์ก็จะละเอียดมากยิ่งขึ้น มีการพิจารณาการนำความร้อนในทุกทิศทาง สามารถมองเห็นผลจากความเฉื่อยและผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงได้