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1、高聚物注射成型是當(dāng)前塑料工業(yè)中應(yīng)用最廣泛、最有效的成型工藝之一,能實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜構(gòu)件的一次近凈成形,具有成型效率高、適合批量化生產(chǎn)的特點(diǎn)。注射成型CAE技術(shù)自上世紀(jì)50年代面世以來(lái),已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用,CAE分析業(yè)已成為模具制造前不可或缺的環(huán)節(jié),其將模具設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)設(shè)置建立在科學(xué)的分析基礎(chǔ)之上,對(duì)縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要指導(dǎo)作用。盡管如此,注射成型CAE技術(shù)仍存在諸多問(wèn)題,例如模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性有待提高、參數(shù)設(shè)計(jì)依然依賴經(jīng)驗(yàn)
2、、網(wǎng)格處理繁瑣、計(jì)算效率不高等等。
上述問(wèn)題的存在實(shí)際上是CAE理論模型和計(jì)算方法有待完善的反映,許多問(wèn)題仍需深入研究。在此背景下,論文基于注射成型模擬軟件Z-Mold研發(fā)與升級(jí)的任務(wù)要求,開(kāi)展注塑模擬中傳熱、翹曲及計(jì)算效率等關(guān)鍵理論和算法研究,致力于使Z-Mold模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)一步提升,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)意義進(jìn)一步增強(qiáng)。主要研究工作包括以下方面:
1.論文針對(duì)Hele-Shaw流動(dòng)中能量方程整體法求解和分步法求解
3、存在的問(wèn)題,基于分步法,開(kāi)展中面流動(dòng)中熔體傳熱的算法研究,提出一種變長(zhǎng)度子時(shí)間步長(zhǎng)方法處理熱對(duì)流項(xiàng),確保搜索路徑局限在當(dāng)前單元內(nèi),有效解決了當(dāng)單元速度很高、逆向搜索需穿透多個(gè)單元導(dǎo)致搜索可能失敗的問(wèn)題,并采用二分法確定子時(shí)間步數(shù)量,使算法簡(jiǎn)潔有效?;谠摲椒ǜ倪M(jìn)了Z-Mold軟件的中面流動(dòng)傳熱模塊。算例表明,基于分步的異步長(zhǎng)求解方法在保證計(jì)算精度和求解穩(wěn)定性的同時(shí),可以明顯減少計(jì)算時(shí)間,提高計(jì)算效率。
2.推導(dǎo)了基于中面模流分
4、析的壓力場(chǎng)求解有限元方程,針對(duì)壓力場(chǎng)求解過(guò)程中生成的新方程組多、迭代次數(shù)多、模擬計(jì)算最耗時(shí)的特點(diǎn),提出采用預(yù)條件共軛梯度(PCG)算法求解控制方程,并根據(jù)相鄰時(shí)間步壓力場(chǎng)相近的特點(diǎn)和方程系數(shù)矩陣帶寬分布情況,采用近似三角分解來(lái)處理PCG算法的預(yù)條件矩陣。以Visual C++6.0為語(yǔ)言環(huán)境開(kāi)發(fā)完成了PCG求解模塊,并應(yīng)用到Z-Mold軟件。多個(gè)算例表明,PCG的求解時(shí)間比Z-Mold原有的Gauss-Seidel求解時(shí)間減少20%左右
5、。
3.研究提出一種預(yù)測(cè)注射成型長(zhǎng)條狀制件翹曲變形的新方法,即二步有限元方法。首先在宏觀上,將長(zhǎng)條件視為小彎曲梁,沿長(zhǎng)度方向劃分為若干個(gè)一維單元;然后,在一維單元的節(jié)點(diǎn)上,根據(jù)橫截面的形狀進(jìn)行二維有限元分析,計(jì)算出一維單元節(jié)點(diǎn)的曲率或內(nèi)彎矩,然后在單元內(nèi)插值;最后根據(jù)單元的彎矩或曲率計(jì)算制件的變形。完成了上述理論方法的有限元方程推導(dǎo),開(kāi)發(fā)出自主知識(shí)版權(quán)的“注塑成型長(zhǎng)條狀制品翹曲快速預(yù)測(cè)系統(tǒng)StripMolding”,并集成到注
6、射成型模擬軟件Z-Mold中。以實(shí)際生產(chǎn)的長(zhǎng)條件為對(duì)象,驗(yàn)證了StripMolding翹曲變形模擬的準(zhǔn)確性。
4.針對(duì)長(zhǎng)條狀注射制品比常規(guī)尺寸產(chǎn)品更易變形、變形量更大的問(wèn)題,以汽車(chē)門(mén)板防擦條為例,開(kāi)展了基于預(yù)變形反補(bǔ)償法的長(zhǎng)條件翹曲變形控制研究,以StripMolding模擬的翹曲變形結(jié)果來(lái)確定預(yù)變形方向和預(yù)變形曲線,完成了預(yù)變形產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì),生產(chǎn)出滿足精度和裝配要求的產(chǎn)品。實(shí)踐表明預(yù)變形設(shè)計(jì)拓展了注射成型工藝窗口,提高
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