注塑成型中粘性不可壓縮非等溫熔體的三維流動模擬.pdf

1、充模過程是注塑成型的初始階段,直接影響了熔接線、氣穴的位置、注射壓力和鎖模力的大小,塑料熔體在該階段的壓力、溫度、應(yīng)力分布對最終的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影響.流動模擬是用數(shù)值方法預(yù)測熔體流動過程中的速度、壓力、溫度等物理量的大小、分布和變化規(guī)律,研究工藝條件對成型質(zhì)量的影響,找出可行的或最優(yōu)的設(shè)計方案,是現(xiàn)代塑料產(chǎn)品設(shè)計和加工的重要工具.注塑成型流動模擬有三種主要方法:中面流、雙面流、實體流,該文在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,提出了一些新方法及算法,以

2、這些理論和算法為基礎(chǔ)開發(fā)了模擬分析軟件并用解析解和實驗驗證了模擬結(jié)果.區(qū)域分解及并行計算是大規(guī)模數(shù)值計算的重要手段,該文將區(qū)域分解推廣到注塑成型流動模擬,研究了構(gòu)造子問題的方法及界面條件的合理性.主要成果包括:1.提出了用Taylor-Galerkin方法計算控制體積的充填因子的方法,導(dǎo)出了計算充填因子各階導(dǎo)數(shù)的遞推公式.這種方法克服了一個時間步長內(nèi)只能充填一個控制體積的局限,對于網(wǎng)格較密的塑件可以提高計算效率;對于網(wǎng)格較疏的塑件可以提

3、高計算精度.2.分析了塑料熔體在模具型腔中的流動特點,將塑件表面離散成二維單元并把結(jié)點在厚度方向上配對,在配對點間添加虛擬的等溫管道并作為一維流道單元,構(gòu)成了數(shù)值分析的網(wǎng)格模型,應(yīng)用中面方法模擬流動過程.等溫管道使熔體在兩個表面之間自由流動,計算中起自然邊界條件的作用,避免了強制邊界條件引起的質(zhì)量不守恒等問題,使充填過程中的熔體在兩個表面協(xié)調(diào)一致地流動.3.壓力場、速度場在三維流動的控制方程中是耦合的,為了避免同時求解耦合的壓力場、速度

4、場,該文修改了Galerkin方法的變分方程,導(dǎo)出了關(guān)于壓力場的擬Poisson方程,用迭代法獨立地求解連續(xù)性方程、動量方程,并進行速度-粘度迭代求出最終的壓力場、速度場,這種方法可以提高數(shù)值方法的穩(wěn)定性,減少計算所需要的內(nèi)存;提出了用隱式格式及"上風(fēng)"法離散能量方程,用超松馳迭代法求解溫度場的代數(shù)方程組,避免了直接使用Galerkin方法求解能量方程容易引起的溫度場的振蕩;提出了用隱式方法離散Navier-Stokes方程,導(dǎo)出了離散