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数值分析技巧及其在注塑模中的应用研究

2016-10-14 09:18 作者: 来源: 本站 浏览: 1,380 次 我要评论数值分析技巧及其在注塑模中的应用研究已关闭评论 字号:

摘要: 数值分析技巧及其在注塑模中的应用研究杨先海吕传毅1,尹明富郭晓宁2(1.山东理工年夜学,山东淄博255091;。西安理工年夜学,陕西西安710048)体系的数学模型,采取混淆有限元法/有限差分法求解压力和能量方程,从而实现了成型过程数值分析。 在塑料成品临盆中...

数值分析技巧及其在注塑模中的应用研究杨先海吕传毅1,尹明富郭晓宁2(1.山东理工年夜学,山东淄博255091;。西安理工年夜学,陕西西安710048)体系的数学模型,采取混淆有限元法/有限差分法求解压力和能量方程,从而实现了成型过程数值分析。

在塑料成品临盆中,塑料、模具和加工设备三者密切相干。塑料加工不纯真是物理成型过程,而是控制成品的构造和机能的中间环节。近几年来,出口扎带物美价廉,广受用户喜爱,成长最快的是应用计算机帮助工程对加工过程进行数值模仿,研究加工前提的变更规律,猜测成品的构造和机能,选择成品和模具设计以及工艺前提的最佳筹划,使加工成型从一项实用技巧变为一门应用科学。假如对塑料在加工过程中的流动、传热,以及在力场和热场的感化下所出现的物理变更、化学变更没有深刻的科学熟习,就不克不及临盆出质地优良的成品。是以,各国对塑料的成型加工的基本研究都异常看重。打针模数值分析技巧是应用计算机对塑料打针成型过程各阶段进行定性与定量描述,从而在模具制造前发明并改正设计弊病。今朝注塑模数值分析技巧的研究工作重要集中在流动模仿、冷却模仿等方面。流动充填模仿分析一般包含浇道体系分析和型腔充填分析。浇道体系分析的目标是肯定合理的流道尺寸、安排以及最佳的浇口数量、地位和外形;型腔充填分析的重要目标是为了获得合理的型腔外形及最佳的注塑压力、打针速度等参数。塑胶熔体在注塑模型腔中的流动行动直接影响着塑件的机能和质量,而塑料熔体的流动行动又取决于型腔和浇注体系的设计及注塑工艺参数的选择,为包管模具和由模具临盆的塑件的质量,必须对流动过程进行分析猜测。

1成型过程数学模型11假设与简化塑料熔体充填过程可以认为是粘性弗成紧缩非等温流动与传热过程,它老是伴跟着与内摩擦与传热有关的能量耗散过程,可以采取粘性弗成紧缩流体的根本方程来描述它。鉴于年夜多半注塑制件都是薄壁件,故可以认为熔体是在扁平型腔内流动的,可以经由过程采取恰当的界线前提求解上述方程组来获得粘性流体在流动和传热过程中的物理场分布,但实际上则往往是很艰苦的,必须针对具体问题进行恰当的简化。下面针对充模流动特点给出响应的假设和简化。

因为型腔厚度(z偏向)远小于其它两个方面(x,y偏向)的尺寸,且熔体的粘度较年夜,是以可以忽视z方面的速度分量(w= 0),且认为压力P是x、y的函数,沿厚度偏向不变,即+/%=0.在充填流动过程中,型腔内压力不是很高,且合适的浇口数量和安排可避免局部过压现象,可认为熔体是弗成紧缩的,即V.=0.因为熔体粘度较年夜,相对于粘性剪切力而言,惯性力和质量力都很小,可以忽视不计。

在熔体流动偏向(xy偏向)上,相对于热对流项而言,热传导项很小,可以忽视不计。

在充填过程中,熔体温度变更范围不年夜,可以认为熔体的比热容及导热系数为常数。

忽加熔体前沿邻近喷泉式流动的影响。

12三维薄壁型腔充填过程分析的控制方程持续性方程(hu)2)=0(3)能量守恒方程3T3T石+v3T3T2(4)个中b为型腔半厚;为密度。式(一8)也是温度求解的控制方程。

经由过程对上面公式1、2和3积分,并代入界线前提后得出流畅率以上假设用于粘性流体力学的根本方程可导出塑料熔体充模流动的控制方程:压力场控制方程最后得出沿界线C流入某控制体积和体积流率为式(一4)和(一7)构成求解三维薄壁制体充填流动的控制方程。13浇注体系充填过程控制方程持续性方程能量守恒方程本构方程r=个中p为密度;为比热;t为温度场;为压力场;Vz为轴向流速;为热传导率;n为粘度。14界线前提1在平面上柱1:轴线上塑料熔体充模流动的控制方程具有如下界线前提ttp://w印/=0在熔体接触的型腔界线上(12)个中Q是沿全部厚度的流率。

最后,对于两股塑料溶体在型腔相遇时将形成熔接线,扎带,又称扎线带、束线带、锁带。按材质划分,扎带一般可分为尼龙扎带、不锈钢扎带、喷塑不锈钢扎带,响应的界线前提应当是压力和法向速度在熔接线保持持续浇注体系充填过程控制方程具有如下界线前提:2成型过程数值计算办法对打针成型充模过程的数学描述可归结为一组偏微分方程及响应的定解前提。迄今为止,流动模仿中常用的数值办法可分为两类:一类是区域型数值办法,重要包含有限差分法和有限元/有限差分法混合法;另一类是界线型数值办法,主如果界线元法。有限闭差分法和流动模仿中最早采取的办法,该办法比较简单,对求解一维问题异常有效,但对于复杂界线的适应性较差,因而难以应用于三维流动模仿问题。有限元/有限差的分混合法的根本思惟是:在流动平面内各待求量(P、T等)用数值法近似。而各待求量(T、u、v等)在型腔厚度分法各自的长处,对复杂界线的适应性强,成为流动模仿重要的数值计算办法。

这种办法的根本思惟是采取三角形单位定义控制体积,应用控制体积法建立压力场求解的有限元方程,经由过程对时光和沿厚度偏向进行差分,建立温度场求解的能量方程,并根据控制体积单位的充模状况肯定流动前沿地位。

21几何离散在采取有限元法/有限差分法进行注塑模流动分析时,应当将计算区域划分成响应的离散的单位。

对于模具型腔,将应用中面模型将全部型腔离散成线性三角形单位,并沿厚度偏向进行差分网格划分。

线性三角形单位具有以下几个长处:对复杂型腔的切近亲近程度更好;更易实现对复杂区域的网格划分;可采取坐标面积进行计算,从而避免了等参转换。

在把全部计算区域划分三角形和管道网格后,引入控制体积的概念,对于每一个三角形单位经由过程连接形心和界线中点而将单位划分成三个子面积,管道元沿平分成2个子长度。响应于每一个节点N的控制体积是由与此结点相连的所有子体积构成的,它是一个多边形区域多边形的控制体积表示出以下重要特点:互相不重叠;布满全部区域三角形单位和控制体积错落分布包管了计算精度。

22单位及插值函数22.1―维线性管单位一维线性管单位可以简单地用一圆柱表示,它具有两个顶点节点。在不推敲单位内场函数X的导数时,一维线性管单位的场函数X可以插值表示为个中Ni、N2的插值函数2.2.2二维三角形线性单位两个顶点的直线方程左部的线性函数来构成。例如对节点/,可用边的方程来构成它的插值函数,即N1其它两个顶点雷同,即个中即线性三角形单位的三个插值函数就是三角形单位的三个面积坐标。

23压力场下面描述压力场求解的数值的办法,当温度场和熔体区域的随便率性充填时刻给准时,可以应用压力界线前提求解压力控制方程,而获得压力场的分布。在具体计算时,可以采取线性三节点三角形单位来分别描述型腔外面和浇道,扎带厂家是一家专业尼龙扎带生产厂家,单位内的压力分布可采取线性插值表示。对于三角形单位1个中Pl(l)分别为三角形单位1的节点压力和面积坐标插值函数。

在压力场有限元方程的建立过程中,我们将有限元法和控制体积概念结合起来。在假设熔体弗成紧缩的前提下,经由过程对每一个控制体积的质时守恒来建立有限元方程。一个控制体积的质量守恒,可由各个邻近单位流过控制体积界线的质量流率相加获得总质量流率计算获得。注入控制体积的质量可由其界线上的积分获得。

最后获得流入节点N的净流率为上述方程是线性的,可以采取松弛法求解差分方程,从而获得温度场。采取松弛法求解解因为松弛法求解过程所需的存储量是0阶,而直接迭代所需的存储量是0(2)阶,个中n是节点个数。对于年夜型制件和采取固定网格数值积分办法时,松弛迭代是比较合适的。

25熔体的前锋地位切实其实定模具充填过程是一个瞬态过程,熔体前沿随时光向前推动,上面给出的控制方程都是针对于熔体区域的,是以须要肯定随便率性时刻熔体的自由界面。对每一个控制体积引入参数f别表示控制体积的体积和该控制体积已被熔体充填的体积,它反应了每一个控制体积的充斥程度。可以根据控制体积的充填将节点分为4类:(1)进口点(/=1):熔体由此进入型腔;(2)内点(/= 1):与其响应的控制体积被完全充填;(3)前沿点((K/

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