注塑成型中粘性不可壓縮非等溫熔體的三維流動(dòng)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(duì)最終的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影響.流動(dòng)模擬是用數(shù)值方法預(yù)測(cè)熔體流動(dòng)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(duì)成型質(zhì)量的影響,找出可行的或最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案,是現(xiàn)代塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工的重要工具.注塑成型流動(dòng)模擬有三種主要方法:中面流、雙面流、實(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬結(jié)果.區(qū)域分解及并行計(jì)算是大規(guī)模數(shù)值計(jì)算的重要手段,該文將區(qū)域分解推廣到注塑成型流動(dòng)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(jì)算控制體積的充填因子的方法,導(dǎo)出了計(jì)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(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)只能充填一個(gè)控制體積的局限,對(duì)于網(wǎng)格較密的塑件可以提高計(jì)算效率;對(duì)于網(wǎng)格較疏的塑件可以提

3、高計(jì)算精度.2.分析了塑料熔體在模具型腔中的流動(dòng)特點(diǎn),將塑件表面離散成二維單元并把結(jié)點(diǎn)在厚度方向上配對(duì),在配對(duì)點(diǎn)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(dòng)過程.等溫管道使熔體在兩個(gè)表面之間自由流動(dòng),計(jì)算中起自然邊界條件的作用,避免了強(qiáng)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(gè)表面協(xié)調(diào)一致地流動(dòng).3.壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)在三維流動(dòng)的控制方程中是耦合的,為了避免同時(shí)求解耦合的壓力場(chǎng)、速度

4、場(chǎng),該文修改了Galerkin方法的變分方程,導(dǎo)出了關(guān)于壓力場(chǎng)的擬Poisson方程,用迭代法獨(dú)立地求解連續(xù)性方程、動(dòng)量方程,并進(jìn)行速度-粘度迭代求出最終的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng),這種方法可以提高數(shù)值方法的穩(wěn)定性,減少計(jì)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(chǎng)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(chǎng)的振蕩;提出了用隱式方法離散Navier-Stokes方程,導(dǎo)出了離散