外文翻译--三维注射成型流动模拟的分析.doc

外文资料名称：NumericalFillingSimulationofInjectionMolding外文资料出处：JournalofHuazhongUniversityofScienceandTechnology附件：1.外文资料翻译译文2.外文原文指导教师评语：签名：年月日三维注射成型流动模拟的分析葛铁李德群周华民B机制052班陶峥译摘要:大多数注射成型制品都是具有复杂的几何轮廓和厚壁或薄壁的制品。这种三维仿真模型将比两维半模型具有更精确的填充过程。本文介绍了一种基于三维模型的注射成型流动模拟的数学模型和数值实现，把速度和压力同次插值方法成功地应用到三维注塑模拟的计算中，从离散的动量方程中找出压力和速度的关系，然后迭代到连续性方程中得到压力方程。用三维控制体积法追踪流动前沿，并通过算例分析来说明三维模型的有效性。关键词：三维模型；等序插值法；模拟；注塑成型1引言在注塑成型的过程中，聚合物熔化的流变反应随着流动前沿的方向大多是非牛顿流体和非等温的。由于这些内在的因素，分析它的填充过程是很困难的，因此通常进行简易处理。例如在中面流和双面流技术中，由于大多数注塑成型的零件都是薄壁却有复杂的形状的特征，当分析流动性而厚度方向的速度和压力变化被忽略时，通常使用HeleShaw流动简化。因此这两种技术都是两维的填充模型，用这种方法填充一个模型的型腔就变成了流动方向的二维问题和厚度方向的一维分析。但由于采用了简化假设，它产生的信息是有限的、不完整的。除了用有限差分法求解温度在壁厚方向的差异外，基本上没有考虑物理量在厚度方向上的变化。随着塑料成型技术的发展，注塑成型零件将具有越来越复杂的形状，其壁的厚度的多样性将变得越来越显著，因此在厚度方向变化的物理量就不能被忽视。此外，熔体在型腔的表面流动模拟看起来不真实，仅当这些流动模拟出现在成型型腔时它的真实性才更加明显。三维流动模型已经是研究方向而且在塑料注塑成型模拟方面将是个热点。在三维流动模型中，熔体在厚度方向的速度分量不再被忽略，熔体的压力沿厚度方向变化，并且在分解三维实体制品方面通常使用有限元分析。通过有限元计算，可以获得完整的数据（不仅获得实体制品表面的流动数据，还获得实体内部完整的流动数据。）。因此，对于薄壁制品，三维流动模拟能够产生更加详细的关于流动特征的信息和应力分布；对于如在气体辅助成型中遇到的有厚壁区域的制品，三维流动模拟能更加准确地预测其充填行为。许多在二维模型中不能预测的充模过程中的流动行为，如熔体前沿的流动形态和推进方式，即“喷泉”效应在三维流动模拟技术中都可以得到很好的体现。本文提出了一种三维有限元模型来预测模拟塑料熔体的充模流动，把速度和压力同次插值方法成功地应用到三维注塑模拟的计算中，从离散的动量方程中找出压力和速度的关系，然后代到连续性方程得到压力方程。用三维控制体积法追踪流动前沿，并通过算例来说明该三维模型的有效性。2控制方程充模过程中熔体压力不是很高，且合理的模具结构可以避免过压现象，因此设熔体为未压缩流体。由于熔体粘性较大，相对于粘度剪切应力而言，惯性力和质量力都很小，可忽略不计。经过简化和假设，控制方程的直角分量形式分别为：动量方程：连续性方程：能量方程：式中：x,y,z三维坐标；u,v,w分别表示x,y,z方向的速度；熔体密度；P压力；T温度；熔体粘度粘度模型采用Cross模型式中：n非牛顿指数；剪切速率；材料常数；0零剪切粘度由于在充模过程中，熔体的温度变化范围不大，因此0采用Arrhenius型表达式：式中：B，Tb,材料常数。3数值模拟方法3.1压力速度关系三维有限元模型由于没作Hele-Shaw流动简化，其数值处理方法和二维模型有很大不同。在三维模型中，用三维立体单元离散制品空间，采用速度和压力同次插值和迦辽金法来离散控制方程，用三维控制体积法追踪流动前沿。由于三维模型考虑了厚度方向物理量的变化，其动量方程比二维模型复杂得多，不可能像二维模型那样直接通过在厚度方向上的积分得到速度和压力的关系，需要首先对动量方程进行离散，从中找出压力和速度的关系。本文采用压力、速度双线形插值，用Galerkin法对动量方程离散，经逐个单元组装后得到节点速度和压力的关系如下：其中，虚拟速度定义为：节点上的压力系数定义为：(3)式中分别表示在x，y，z方向的总体速度系数矩阵分别表示节点在x，y,z方向的压力系数，其值利用式(3)在整个计算域内积分，由各单元的贡献值组装而得到Ni单元插值函数；i总体节点号；j每个节点所有领接节点的数量3.2压力方程