注塑模流动分析的有限元和有限差分法

本文利用非等温、粘性广义Hele-Shaw流动理论,建立了三维薄壁型腔塑料熔体充填过程的数学模型。耦和利用有限元/有限差分法数值求解压力能量方程,实现充模过程的动态模拟。     

金属粉末动态注射成型充模过程的理论分析

基于连续介质理论和幂率模型,研究振动场对金属粉末喂料熔体充模过程的影响,建立了适合金属粉末喂料熔体等温填充中心浇口圆盘型腔的过程的物理模型和相应的数学模型,通过对数学模型的推导求解,得到了喂料熔体动态充模过程的速度分布方程、熔体前沿位置方程以及模腔入口压力方程.实验表明,在振动场作用下的熔体充模过程中,当平均注射流率不变且振动频率固定时,模腔入口处压力随振幅的增大而波动上升.理论计算的模腔压力值与实测值吻合较好,证明了理论计算的正确性.     

超声辅助微注塑成型中熔体壁面滑移行为的研究

壁面滑移在聚合物熔体注塑成型过程对熔体充模流动行为具有显著的影响.本文基于对超声辅助微注塑加工机理的研究,分析了超声振动对微尺度型腔中熔体壁面滑移的作用方式.结合聚合物熔体壁面滑移方程和超声对熔体壁面滑移的影响机理,阐明了不同情况下的壁面滑移理论模型.采用毛细管流变仪研究了超声振动作用下的聚合物熔体的壁面滑移行为,通过分析壁面滑移的临界剪切应力变化,明确了超声振动作用下的熔体壁面滑移行为对微尺度型腔充模情况的影响.研究结果表明,超声辅助微注塑过程中,超声作用下的微尺度型腔中熔体壁面滑移的临界剪切应力降低或变为零,壁面滑移速度随剪切应力增加而增加,不同剪切速率时超声作用下的熔体黏度均明显降低,进而提升了熔体对微尺度型腔的充模能力并改善了微塑件的成型质量.     

带有嵌件充模过程中熔接线形成的数值实验研究

采用基于同位网格的有限体积方法耦合Level Set方法,求解了黏弹性流体具有相变的气-液两相充填模型;模拟出了黏弹性流体在带有嵌件的型腔充模过程中熔接线区域以及壁面凝固层的形成过程;得到了充填过程中熔接线区域的界面运动情况,得到了充模结束时型腔内压力、应力等物理量的分布,得到了与实验结果一致的应力集中以及应力双折射现象;并讨论了注射速度、熔体温度对熔接线区域厚度的影响。研究发现:注射速度越高,熔接线区域越薄;熔体温度越高,熔接线区域越薄,所以提高注射速度、熔体温度可以使熔接线区域变薄或消失。     

金属粉末动态注射成型充模过程分析

本文基于连续介质理论和幂率模型,研究了振动场对金属粉末喂料熔体充模过程的影响,建立了适合金属粉末喂料熔体等温填充中心浇口的圆盘型腔过程的物理模型和相应的数学模型,并对数学模型进行了推导求解,得到了喂料熔体动态充模过程的速度分布方程、熔体前沿的位置以及模腔入口压力的解析解,并应用实验数据检验了理论计算的结果,说明了理论计算的正确性。     

基于表面模型的注射成型充填模拟

充填模拟的计算机软件在预测复杂薄壁型腔的流动行为方面已经比较准确.现行的数值方法主要采用基于中性层的有限元/有限差分/控制体积法,但中性层模型的引入使得模拟软件在应用中具有极大的局限性.采用表面模型取代中性层模型,通过附加在壁厚方向上的边界条件来保证同一截面上对应表面的协调流动.最后应用实例论证了此表面模型能够处理由流行CAD系统生成的复杂型腔模型.     

聚合物双组分复合共挤成型的挤出胀大研究

以PP和PS两种聚合物为实验材料,使用截面为矩形、层比为1的双层共挤口模,实验研究了聚合物共挤成型过程中的挤出胀大现象.采用Phan-ThienandTanner(PTT)本构方程,建立了复合共挤口模内外熔体流动的三维黏弹数值模型,有限元模拟了共挤出的胀大过程,计算分析了熔体在口模内外的速度场及剪切速率分布.研究表明,在入口体积流量相同的情况下,两熔体挤出口模后,存在由黏度较低的PP向黏度较高的PS一侧偏转的现象,型材截面呈不对称畸变.数值模拟结果与实验结果较吻合,两种聚合物熔体的速度分布决定了共挤出胀大过程中熔体的偏转流动行为,口模出口处的剪切速率分布基本决定了挤出胀大后型材的截面形状.     

不同收缩口模中聚合物熔体流变行为的数值模拟

挤出成型是聚合物加工工业中的一种重要成型方法。在挤出成型过程中，聚合物熔体在收缩口附近容易出现应力集中现象，从而导致最终制件的表面缺陷。以最终消除或减小表面缺陷为目的，基于数值模拟的方法，主要研究了口模的收缩外形对聚合物熔体流变行为的影响，包括具有不同收缩长度的V-型收缩口以及喇叭型收缩口。采用Rolie-Poly模型刻画聚苯乙烯熔体在4?1收缩流中的应力-应变关系，基于有限体积法及SIMPLE算法模拟了不同收缩长度条件下，聚苯乙烯熔体在V-型收缩口模以及喇叭型收缩口模中的主应力差、第一法向应力差、伸展率和速率。数值结果表明：V-型收缩口、喇叭型收缩口以及收缩长度的增大，都能有效改善收缩流中的应力集中现象，在收缩长度相同的条件下，喇叭型收缩口模具有更好的效果。     

二维注塑充模过程有限分析解

温度与压力的分布是影响注塑成型的很重要的因素，在充模过程中正确预测温度与压力的分布是注塑成型的关键性技术之一。该文以注塑模型中聚合物的流变行为的理论入手，根据流变学原理及粘弹性力学理论，建立了聚合物熔体在簿缝型内流动的压力方程和温度方程，推导出注塑成型充填过程的有限分析解；对两浇口同时进浇的二维矩形充填过程进行了模拟，现有文献中的实验结果相比较，模拟结果与实验结果一致，结果证明文中建立的方程有限分     

压力铸造充型过程流动与传热数值模拟的研究

为了解压力铸造的充型特点 ,基于有限差分法建立了液态金属充填型腔过程的流动及耦合传热计算的数学模型 ,使用 SOL A - VOF数值模拟技术开发了压铸充型过程流动与传热的数值模拟分析软件。分别用层流假设和 K- ε紊流模型对“弓”形型腔的充型过程的流场进行了模拟计算 ,并与压铸水模拟实验的高速摄像进行比较 ,结果表明 ,采用紊流模型能更精确地模拟压铸充型过程。最后使用所开发的模拟分析软件 ,对具有三维复杂形状的实际压铸件的充型过程的流场、温度场进行了模拟 ,并分析了充型过程中模具在型腔表面的温度变化规律 ,提出“瞬态层”的概念 ,大大缩小了计算区域 ,提高了计算效率     

应用控制容积有限元法分析注射充模过程中塑料熔体的流动与传热

将Ｂａｌｉｇａ和Ｐａｔａｎｋａｒ提出的控制容积有限元法推广用于分析注射充模过程中熔体的流动与传热，并叙述了其特点．应用此方法计算分析了包括合不同几何形状嵌件的模腔内充模过程的流动与传热问题．得到了一些有益的结论．这将有利于指导在复杂型腔充模过程流动分析时的简化处理．     

应用控制容积有限元法分析注射充模过程中塑料熔体的…

将Ｂａｌｉｇａ和Ｐａｔａｎｋａｒ提出的控制容积有限元法推广用于分析注射充模过程中熔体的流动与传热，并叙述了其特点，应用此方法计算分析了包括含不同几何形状嵌件的模腔内充模过程的流动与传热问题，得到了一些有益的结论。这将有利于指导在复杂型腔充模过程流动分析时的简化处理。     

RTM中纤维结构对树脂浸渍影响的数值模拟

在树脂传递模塑成型(RTM)中,缩减充模时间以及降低气泡含量是该工艺不断完善的两个关键。本文以牛顿流体为基础,结合Navier-Stokes方程组,构建了二维双尺度气液两相流模型。采用有限体积法(FVM)求解计算域流场物理量,并利用流体体积(VOF)界面追踪技术实现了等温充模阶段的模拟。综合分析了充模阶段流场物理量的变化情况,研究了纤维结构以及树脂黏度对充模时间以及气泡形成与排除的影响,并与分析结果和实验结果进行对照,吻合度较高。数值计算结果表明,二维双尺度模型能准确反映树脂的充模过程。对于低黏度熔体,编织纤维的横纵向孔隙宽度均有一个最佳尺寸,此外,树脂黏度的增加会影响气泡在纤维中的形成以及排除过程,从而影响最终的充模时间。     

脉动力场下的熔体充模能力及模腔压力响应

利用螺旋流道模具模腔狭长的特点,通过测量制品长度研究了脉动力场对注塑过程中熔体充模能力的影响,进而利用高灵敏度的熔体压力传感器和数据采集系统,对熔体充模及保压过程中的模腔压力进行了实时测量和分析.实验结果显示,在脉动力场作用下,熔体在模腔中的流动长度增加,充模压力提高.分析证明,由于振动的引入,熔体粘度降低,压力传递过程损耗减小,熔体充模能力提高,有效保压时间延长,有利于制品的填充压实.     

粉末注射成形二维充模流动的数学分析

注射成形二维充模流动属于具有自由流动移动世界、非牛顿、非等温的流动问题.将扁平型腔内流动视为Hele Shaw流,由于模腔的复杂性及控制方程的非线性,采用数值计算得到腔内流体的压力场、温度场、速度场,得到压力和速度2个控制方程;引入2个相应的变换,将压力控制方程及速度控制方程化为拉普拉斯方程,并得到压力流函数可由拉普拉斯解表示的一个解析式,简化了计算过程,提高了计算精度,在此基础上进行计算机模拟,可检验Hele Shaw近似的精确程度.     

正常人咽腔气体流场数值模拟

为研究人体咽腔内的气体流动状况,基于10名志愿者的螺旋CT医学图像,应用表面重建的方法对人咽腔进行三维重建,并采用有限单元法和有限体积法两种数值方法对志愿者吸气过程中咽腔中的气流场进行了数值模拟及分析. 所建模型较真实地反映了咽腔实际解剖结构形态,有限单元法和有限体积法两种数值模拟方法计算结果相近,从数值模拟结果可以得到人体呼吸过程中气体流场在咽腔内压力与速度的分布规律. 本研究对吸气时人咽腔中气体流动特性、临床上咽腔解剖结构相关疾病的诊断及发病机理等问题深入探讨具有参考价值.     

注塑模腔塑料熔体流场流动路径分析

提出一种新的确定注塑成型充模阶段塑料熔体前沿位置的当量距离法 ;并按照流动路径与熔体前沿尽可能正交的原则将模具型腔划分为由浇口起始的若干条流动路径 ,将各条流动路径与不同时刻熔体前沿交织而成的网格用于注塑成型过程的数值模拟计算 ,完成了对注塑制品收缩率的预测     

Ⅰ型拉伸棒金属注射成形3D充模模拟

基于ANSYS提供的Z-Buffer切片模型空间观测方式模拟了注射成形喂料在简单几何模腔的流动情况.讨论了浇口位置、浇口大小和模壁温度等工艺参数对熔体充模过程的影响,预测注射成形过程中部分常见缺陷产生的条件.模拟结果表明:当采用长×宽为4 mm×1 mm的侧面浇口,模温为320 K、注射温度为400 K以及体积流量为60 cm3/s的注射参数时进行注射,可以得到良好的无缺陷硬质合金I型拉伸试样预成形坯.     

注塑模腔塑料熔体流场流动路戏分析

提出一种新的确定注塑成型充模阶段塑料熔体前沿位置的当量距离法；并按照流动路径与熔体前沿尽可能正交的原则将幕人型腔划分为由浇口起始的若干条流动路径，将各条流动路径与不同时刻熔体前沿交职而成的网格用于注塑成型过程的数值模拟计算，完成了对注塑制品收缩率的预测。     

基于四叉树切削网格的N-S方程求解方法

以四叉树非结构化网格为基础,提出了背景区域采用正方形四叉树网格、边界区域采用切削网格的一种可以表达复杂几何形状的网格生成方法,该网格具有生成过程简单,正交性好等优点.在这种网格的基础上,采用非结构网格有限体积法进行离散得到了多种形状切削网格并存时Navier-Stokes（N-S）方程的求解算法,并以顶盖驱动斜方腔流和方腔内热圆柱自然对流为例,应用上述算法实现了网格生成和流动数值模拟,与基准解进行了比较,一致性较好.计算结果表明这种切削网格方法及其N-S方程求解方法具有可靠性和应用前景.