本案例用Marc模擬注射針筒損壞後的密封性。針筒在填充後儲存，因此必須確保在產品的整個使用壽命期間保持密封，否則會影響保存期限。
這篇文章原文為 pinPlus AG 的實際案例
pinPlus AG 是一家瑞士公司，專注於產品創新和工程領域，特別是結構力學和熱力學模擬的應用。pinPlus 研發和設計的產品包含有骨科、創傷學科以及牙科的植入物和器械。
在日常產品設計時，pinPlus 面臨的挑戰之一，是如何在提高醫療產品剛性的同時也能減輕零件、系統和整個組合件的重量。因此，該公司負責人 Martin Züger 和其團隊致力於研究如何利用非線性模擬，精確預測這些零件、系統和組合件的設計。
該團隊使用現代材料，考慮最新的輕量化標準，並採用拓撲和結構優化技術，確保產品符合市場需求且安全。透過在設計階段，進行的產品強度的計算和模擬，pinPlus 的工程師能夠及早發現設計上潛在的弱點，並在製作產品原型前加以修正。藉由數值模擬，能減少產品打樣、製作原型的數量，加快產品上市並降低成本。
彈性體-高複雜度非線性材料行為
彈性體是一種塑膠材料，其特殊性是具備橡膠彈性。在醫療和製藥產業中，這種彈性體扮演著重要角色，是 pinPlus 在設計產品時的關鍵材料。例如，彈性體常被用來製造輪胎、管子或密封件。彈性體的彈性、密封性和摩擦特性，都是應用的關鍵因素。由於這些特性，彈性體展現出高度複雜的非線性材料行為，這在產品的開發、製造和分析中帶來了特殊的挑戰。
在技術結構和系統中，各個零件之間會出現複雜的相互作用。例如，彈性體組件在安裝過程中可能會自身折疊或凸出。此外，材料特性還會受到溫度和時間因素的影響。
範例應用：製藥產業
醫療用針筒的橡膠塞密封行為分析
一家製藥公司向 pinPlus 求助，懷疑醫療針筒的橡膠塞在密封性出現問題。該公司隨後自行進行測試，發現針筒密封處的橡膠塞有損壞。pinPlus 透過有限元素分析（圖 1），協助判斷這些缺陷是否影響橡膠塞的密封性能。
在醫療領域，密封性是重要的品質指標。針筒在填充後儲存，因此必須確保在產品的整個使用壽命期間保持密封，否則會影響保存期限。pinPlus 使用 Hexagon 的 Marc 模擬解決方案進行橡膠塞的結構分析，這項解決方案在橡膠零件方面具有獨特優勢：可以使用真實材料數據進行計算，以測量粘彈性。Martin Züger 強調：「Marc 的一個關鍵優勢是能模擬加熱或冷卻過程，以檢查密封性。這對我們的客戶來說至關重要。」
為了確認橡膠塞是否能有效地密封醫療針筒，這間製藥公司從電腦斷層掃描的影像取得幾何數據。這樣能捕捉並回歸幾何形狀。然後從回歸的幾何中建立了數位雙生（圖 2）模型，並在外部實驗室透過動態機械熱分析（Dynamic mechanical thermal analysis，DMTA）測定粘彈性材料數據。有了這些受損零件的模擬模型，Martin Züger和他的團隊能夠模擬出隨時間和溫度變化的密封行為（如圖3所示）。
結論
使用 Marc 進行非線性結構分析，可以預測該材料在使用情境下的結構行為，並在最短時間內達到最佳的開發品質。這樣的分析能夠省下製作產品原型的成本。Martin Züger指出：「利用 Marc，可以根據回饋的幾何形狀和測得的黏彈性材料數據，研究彈性體在密封面損壞方面的穩定性。數位雙生的模型與單個真實零組件具體的損壞相對應，不是以理想的CAD幾何形狀來做模擬。透過模擬不同代表性選擇的塞子，可以徹底評估產品的穩定性。」
Marc的非線性有限元素分析（FEA）
有限元素分析（FEA）是模擬和預測固體和結構特性最常用的數值方法。特別是在非線性結構，例如彈性體模擬，FEA方法是獲得可靠模擬結果所必需的。pinPlus在進行非線性結構分析時，根據問題的不同，會單獨或組合使用Hexagon的Marc、Mentat、Apex、Digimat、Patran和Nastran等模擬解決方案。pinPlus在1990年代末就選擇了Marc作為解決方案，因其在非線性領域的卓越性能令人信服。Martin Züger表示：「Marc不斷增強功能和性能，並朝著正確的方向發展。我們對其他應用軟體的採購，都是為了增強Marc的應用服務。」根據問題的不同，這些應用還會透過他們自己研發的技術改善，以便在不同應用之間能輕鬆的做數據交流，從而結合各應用的功能。
原文內容: Verlässliche Simulation komplexer mechanischer Vorgänge mit Marc－Hochkomplexes nichtlineares Werkstoffverhalten von Elastomeren