注塑成型充填过程数值模拟的隐式算法

应用有限元 /控制体积方法 ,基于熔体在控制体积内的质量守恒 ,以结点压力和充填分数为未知量 ,建立了熔体在充填阶段流动的控制方程 ,并对方程进行隐式求解 ,完成了对注塑成型充填过程的数值模拟 .算例分析证明算法是正确的     

注塑充填过程变厚度截面速度压力场数值模拟

采用有限元法,对注塑充填过程中“凸”型和“刀”型塑件截面的速度场和压力场进行数值模拟。通过结果分析得出：广义Hele-Shaw流动假设在熔体前沿部分不合理,在塑件截面突变处Hele-Shaw假设也失效,尤其在突变的较宽截面处误差更大。     

注射成型中聚合物熔体充填流动的数值模拟

在建立聚合物熔体充填三维流道—浇口—型腔系统的数学模型的基础上,采用混合有限元/有限差分方法求解,并对入口结点的压力计算以及熔体前沿推进时时间步长的确定准则作了修改。编制程序实现提出的算法,给出两个算例说明数值模拟的结果。     

气体辅助注射成型充填过程的数值模拟

描述了气体辅助注射成型的工艺过程及熔体充填和气体穿入的数学模型,采用有限元/有限差分/控制体积法计算充填阶段的压力场和温度场,确定熔体前沿和熔体/气体界面两类移动边界,并对典型制件充模过程进行了模拟.     

注塑成型熔接线截面熔接过程数值模拟

在多浇口和带嵌件注塑制品的成型过程中必然存在熔体的熔接过程,从而形成熔接线。熔接线沿厚度方向的熔接过程是影响该区域的力学强度以及纤维取向等制品性能的重要因素。本文采用有限元法针对注塑制品的典型截面建立数学模型,采用T6P3单元(速度二次插值,压力线性插值),数值模拟了注塑制品熔接线的截面熔接过程。通过等厚度截面和非等厚度截面两个算例,给出了两股熔体熔接过程中的截面速度场和压力场分布。讨论了熔接线区域的壁厚均匀程度对熔接过程的影响。该计算结果可以为制品力学性能以及纤维取向等数值模拟提供数据支持。     

注塑充模过程中温度场的全三维数值模拟

注塑充填过程中,聚合物温度的变化直接影响到成型过程的各个方面,因此,对注塑流动过程中温度场的准确预测具有重要意义.采用有限元方法对注塑充填过程中温度场的三维数值分析进行了研究.没有采用传统的Hele-Shaw薄壁假设,而是全面考虑了对流项在各个方向的影响,提出了一种全三维的温度场计算的数学模型和数值实现方法.采用Galerkin法对能量方程进行了三维有限元离散,同时,为保证数值计算过程的稳定性,采用上风法来处理对流项和黏性热项.模型可预测非牛顿非等温流体在任意厚度型腔内流动时的温度场.和二维模型相比,它具有更加广泛的适用范围,计算结果也更准确.数值算例证明了给出的模型和算法的可靠性.     

注塑冷却的数值模拟

以注塑制品的温度变化为对象,考虑了注塑制品出模后的冷却过程。系统地对注塑模具的冷却过程以及制品在注塑模具内和出模后的冷却过程进行集成分析。建立了冷却过程的数学模型,并采用边界元法和有限差分法求解成型过程中模具的温度分布和制品在模具内和出模后的温度分布。     

基于二次三角形单元的注塑充填数值模拟

采用有限单元方法,用二次三角形单元对注塑成型制品典型截面的充填过程进行数值模拟.其中速度场采用6结点三角形插值,压力场采用3结点三角形插值.并通过算例给出熔体充填过程中典型截面的速度场、压力场分布,模拟出熔体前沿在截面方向上的喷泉流动效应.     

注塑成型制品结晶取向数值模拟

注塑成型时非等温、非稳态的流动过程,使聚合物各部分经历不同的热历史和力历史,产生多样的晶体和取向结构。通过黏性流体力学基本方程,计算注塑流体的温度场和速度场,根据Avrami方程和晶体成核速率与第一法向应力差的关系模型模拟剪切流场对聚合物结晶动力学的加速作用,结合熔体结晶度的发展模拟制品不同位置沿厚度方向的取向。指出剪切速率较大的近模壁处呈现高度取向层,在中心层剪切速率低、取向因子小,呈现自由取向。     

注塑制品微结构的三维数值模拟分析

构建带有圆柱阵列微结构的微注射制品3D模型,采用聚丙烯为原料,应用针对不可压缩性流体的三维有限元方法,根据优化的有限元网格实现体积控制来预测熔体的前沿流动。结果发现基于3D数值模拟方法很好的模拟出微注射制品不同填充阶段的流动状态、温度场和速度分布。厚度方向微结构的充填过程滞后于流动前沿径向的推进,因此不利于微结构区域气体的排出;微圆柱结构充填时具有喷泉状流动前沿。     

基于可视化的注射成型制品缺陷及其产生机理的研究

借助于注射成型可视化实验装置，直接观察并记录了注射成型过程中缩痕、喷射、银纹、气泡等几种典型缺陷的产生过程。分析了这些缺陷的产生机理，为研究排除制品缺陷提供了理论依据。     

基于稳健优化的注塑件变形预补偿方法研究

针对凭经验进行预补偿设计容易造成预补偿失败的问题,提出了基于稳健优化的注塑件变形预补偿方法,综合考虑了塑料物性参数、浇注系统、冷却系统及工艺参数对注塑件翘曲变形量的影响,使变形预补偿更具有针对性。首先给出注塑件变形预补偿的原理,并提出利用模流分析来获得变形预补偿的数据,给出了MPI中实现预补偿的方法;接着提出了基于稳健优化的变形预补偿方法及实现流程,建立了适合变形预补偿的稳健优化模型;最后通过实例验证了提出的方法具有较好的可行性及工程实际应用价值。     

凸截面注射成型全三维充填和纤维取向模拟研究

选用15 %玻璃纤维增强聚酰胺6（PA6）复合材料,根据Folgar-Tucker理论模型,研究了凸形截面零件全三维注射成型充填流动行为和纤维取向分布规律。结果表明,全三维模拟技术可以有效反映注射成型充填的流动形态和喷泉效应;凸形截面表层纤维沿剪切方向取向分布,且制品大端部分的纤维取向程度比小端部分差;3个坐标方向上的纤维取向分布非常复杂,沿x轴负方向（即充填方向）,随充填长度的增加,纤维取向程度先增大后减小;沿y轴方向,随着距中心距离的增大,凸形截面小端部分的纤维取向程度由内向外逐渐增大,而大端部分的纤维取向程度先增大后减少;沿z轴方向,凸形截面小端部分的纤维取向由内向外呈增大趋势,而大端部分的纤维取向程度却逐渐减小。     

塑料注射充模流动分析的自适应隐式方法

提出了一个注射充模数值模拟隐式方法的时间步长选用标准,依据“一时间步,一单元层”的思想,采用最小二乘递推法估算每一步的时间步长,并依据压力估算每个控制体积的半注满时间,从而可以重构任何时间的流动前锋。计算表明本方法极大地提高了隐式方法的适用性,并把注射充模流动数值模拟的计算时间复杂度降到结点数的平方。     

微孔塑料注射成型制品体积收缩与翘曲变形数值分析

采用Moldflow软件，通过微孔注射成型过程的数值模拟，系统研究了熔体注射温度、模具温度对其体积收缩、翘曲变形和残余应力的影响规律，并基于流变学理论，揭示了其影响机理。研究结果表明，随着熔体注射温度和模具温度增加，微孔注射制品翘曲变形和残余应力均增加，成型制品的体积收缩随着熔体注射温度升高而增加，而随着模具温度升高而减小。本研究为微孔注射成型工艺和模具的设计提供理论指导。     

聚氨酯反应注射成型固化过程数值模拟

依据反应动力学和能量守恒方程的基本理论，对聚氨酯反应注射成型的固化过程进行了合理的假设和必要的简化，建立了体系反应程度和温度的数学模型。采用显示有限差分法并结合数学软件Matlab对固化过程进行了动态模拟.结果表明：固化初始的20s内交联反应剧烈。体系迅速升至最高温度，交联度达到80％所需时间与经验值一致．约为17s。同时为优化反应注射成型工艺因素，探讨了催化剂浓度、原料初始温度和模具温度等对体系的影响。结果表明：催化剂浓度增加，使体系固化周期缩短，制品内部交联度的变化减小，但延长了制品处于高温部分的时间；模具温度主要影响制品壁面附近的反应，而物料初始温度则能影响到体系的最高温度，尤其是在低模温情况下更加明显.     

微注射成型聚丙烯微结构件缺陷分析

通过微注射成型制得了聚丙烯微结构件，微结构部分是直径为130μm、高度为250μm的微型圆柱。分析了模具温度、注射压力、保压时间及模具抽真空对微零件填充性能的影响。研究发现，在不恰当的工艺参数下，微圆柱会出现以下缺陷：填充不足、表面粗糙、烧蚀、中空等。通过实验得到了合理的工艺参数，即在模具温度为90℃、注射压力为100MPa、保压时间为3S、模具抽真空的情况下，微结构部分可以得到完全填充，且没有以上缺陷。     

注塑充模过程中温度场的数值分析

采用有限差分法对注塑过程中充填阶段的温度场的数值分析进行了研究,数学模型是基于非牛顿流体在非等温状态下广义Hele-Shaw流动,可预测非牛顿流体在任意形状薄壁型腔内流动时的温度场,对能量方程进行有限差分近似时,能量方程中的瞬态项和热传导项分别采用向后差分和隐式差分,为保证数值计算过程的稳定性,采用上风法处理对流项,还讨论了模温和流率对温度分布的影响。     

注水参数对水辅助注射成型充填过程影响的数值模拟

建立水辅助注射成型二维、瞬态、非定常流动模型,采用黏度幂律模型,在k ω湍流模型下,充分考虑注射水的湍流特性以及熔体前沿的喷注效应,采用有限体积法（VOF）对充填过程中的注水速度、注水温度和注水延迟时间等注水控制参数的影响进行数值模拟。结果表明,注水速度的增加会增加水在熔体中的穿透长度,并且会减小残余壁厚;注水温度对水的穿透长度和残余壁厚的影响均不显著;随着注水延迟时间的增长,水的穿透长度和残余壁厚均有增加的趋势。     

基于CAE的壁厚不均匀塑件的结构修正

采用计算机辅助工程（CAE）技术分析了丰田汽车标志牌的成型过程,并分析了其表面缩痕及翘曲变形等问题产生的原因。分别采用改变浇注系统位置和去料改变塑件厚度的方法来解决塑件的表面缩痕和翘曲变形等问题,结果表明,改变浇注系统位置无法解决这些问题;而通过去料将塑件中心厚度改为3.6 mm时,沉降指数最大值由原来的4.493 %降低到3.886 %,且沉降指数的变化更加平缓,改善了塑件表面的缩痕;翘曲变形量由原来的0.4816 mm降低到0.2414 mm。