外文翻译--基于微遗传算法的最优浇口定位在注塑设计中的应用 中文版.doc

1基于微遗传算法的最优浇口定位在注塑设计中的应用摘要：本文阐述了在注塑模具设计中优化热流道系统，目标是通过最大限度地减少两个最大喷射压力在注射端口和各产品上的浇口与剪切应力或熔接线的约束的最大压力差来定位浇口位置，在充填过程中分析聚合物流动的有限元基础的方案。通过对四种不同注塑模具的设计应用进行了研究，提出在注塑设计中优化热流道系统的有效微遗传算法。关键词：微遗传算法，设计优化，注塑模具1介绍利用高性能的聚合物材料来制造高精度的复杂形状的产品，注塑已被确认为最有效的制造技术之一，在一般情况下，注射模具的过程是在注射温度下由其中的聚合物材料填充到腔体的阶段。当后腔被完全填充后，继续填充高压聚合物，避免导致材料的收缩，随后冷却阶段所需的注射成型产品才没有任何变形。适应填充阶段的成型条件对于注塑设计的第一阶段是很重要的，之后才有希望在填充后的阶段能够成功完善成型条件，如保压、冷却阶段等。在最佳条件下处理填充注塑设计的方法，其中的聚合物材料的流动模式和压力要贯通整体，也就是说设计要求之一，当聚合物通过不同位置时，进入空腔表面的压力应该尽可能均匀。通过设计智能定位防止注射压力超过产品的表面，使分布更加均匀。已有一些研究是在最佳浇口位置下对CAE填充注塑模具设计优化的各种问题进行优化。本文探讨了注塑模具设计系统采用的微遗传算法（MGA）。微遗传算法是基于达尔文优胜劣汰的生存理论，采用自然进化的概念以及交叉和变异。对于传统的遗传算法，这样设计的结果能够增加更高的概率找到一个全局的最优解，以及多个局部的最优解。遗传算法也是有利于问题的设计的，然而它需要昂贵的计算成本，尤其是当结合基于有限元CAE分析工具时。例如遗传算法和微遗传算法主要区别是居住的人口规模，传统的遗传算法所确定的人口规模，是根据染色体上一个基因为一组变量设计的字符串长度。根据Goldberg的人口规模微遗传算法概念，尽可能用小种群的适应度函数来评价，以降低成本。这意味着，微遗传算法采用了少数的变量和参数。本文讨论了填充注塑模具优化构建正确的目标函数和设计上限制的要求。通过对四种不同注塑模具的设计应用进行了研究，提出在注塑设计中优化热流道系2统的有效微遗传算法。2模具流程分析注塑成型过程中聚合物的流动服从如下方程：因此：在上述等式中，p是流动压力，T是温度的聚合物，t随着时间的变化。参数，和k是粘度、剪切速率和热传导率。通过注塑模具中的热流道系统覆盖的熔融聚合物从喷射口流过的通道，本次研究了两个不同的热流道系统，其中热系统保持不变，冷系统需要在聚合物温度变化下流穿过浇道。对于热流道系统有一个几何一致的厚度，如图1a所示的恒定温度。而冷浇道系统的CAE结果取决于浇道的厚度和形状。例如图1b典型的冷浇道系统的几何模型，其中浇道的厚度根据温度梯度改变。（a）热流道系统（b）冷热流道系统图1热流道系统的建模33模具设计要求3.1目标函数一个流动的模式是注射成形设计考虑的最重要的因素之一，这意味着应该保持均衡的流量而使聚合物能到达设计的产品每个部分。一旦流量平衡得到改善，流动的熔融聚合物进行平滑流动，最大喷射压力减少，使之具有相同的或均匀分布的水平注射压力。有些情况下，在填充过程中的聚合物到模具内的某些部分比其他部分先填充，其他部分会落入过度填充，这样会进一步引起了如扭转和弯曲，从而冷却过程中收缩率的差异会导致产品畸形。由流动的聚合物引起的压力差在填充过程中被检测到的最大喷射压力在喷射口，该聚合物的流向总是从高压区域流向低压的一端，聚合物的平滑流动使最大喷射压力下降。然而，流动不稳定性有时会发生，从而需要更高的压力来填充，也就是说最大喷射压力需要降低以改善流动的不稳定。压力差（即最高和最低压力值）所在的通道也被作为另一目标函数，以确定是否全部在一次中被填满。最普遍接受的设计策略是调整浇口位置以改善流动模式。本研究中以控制流动模式解决最优门定位与适当的目标函数（s）相结合。注塑模具设计的目标函数被认为是两者的最大注射压力（MIP）和最大压力差（MPD）。应当指出，在注射端口和最大喷射的压力差之间的最高值和最低值的差是所有浇口的压力。上述语句可以理解为一个多目标设计问题，因此，目前的研究采用了加权方法，如下：其中和是加权因子，+=1，且x是一组设计变量，是笛卡尔坐标。3.2约束两个以上的流动方向具有不同的温度值时，在填充过程中熔接线是很容易被发现的。熔接线是在模制产品中的弱点之一，是非常容易受到冲击的，并随后导致外部缺陷，失去光泽。熔接线应被移入一个相对较弱的区域，通过调节产品宽度、大小、流道和浇口的位置等等。本研究认为最优浇口定位模具的设计可以作为一个约束熔接线的位置。一旦设计者指定不应该产生熔接线的地方，所有的有限元节点的约束不形成熔接线。4剪切应力被定义为施加于模具壁上的聚合物剪切流的剪切力。剪切应力的大小与每个位置上的压力梯度成正比。一般情况下，剪切应力在模制产品的中心处为零，在模具壁上达到最大值。高剪切应力引起模制产品表面上的分子运动，例如熔体流动的不稳定性与剪切应力有着密切的关系。降低模制产品的表面剪切应力大小，可以通过以下方式，即剪切应力在填充过程中应最小化，以改善模制产品的质量，特别是在其表面上。允许的最大剪切应力一般为该聚合物拉伸强度的1%，剪应力被认为是另一个约束，影响着最终产品的质量。3.3优化问题模具设计优化问题的语句可以写成如下形式：剪切应力（I，J，k）剪切许用应力（6）熔接线的（I，J，k）只指定的区域（7）因此，x降低xx上升这一组设计变量，x是笛卡尔坐标系（i，j，k）在浇口的成型品表面上，其中N是浇口数量。采用多目标优化的背景下，传统的加权和方法使用两个加权因素和，+=1。在本研究中考虑的多目标功能是在注射端口和所有的浇口间的最大压力差（PD）时测得的最大注射压力（MIP）。这些常量MIP和MPD是最优目标函数值通过单目标优化。许可的熔接线仅在指定区域上作为限制施加的剪切应力。CAPA在前面中提到的流动模式进行分析，并通过MGA进行优化。应当指出，笛卡尔坐标系（i，j，k）的结点被确认为模制产品时，通过有限元素CAPA离散。4微遗传算法在本研究中MGA的总体过程如图2所示，过程解释如下：步骤1）生成