注塑成型模拟及模具优化设计理论与方法

前言

第1章绪言

1.1注塑成型

1.1.1注塑成型要素

1.1.2注塑制品常见缺陷

1.1.3注塑成型设计准则

1.2注塑成型数值模拟

1.2.1流动模拟

1.2.2冷却模拟

1.2.3内应力分析及制品翘曲模拟

1.3注塑成型工艺及模具优化设计

1.3.1优化设计方法

1.3.2注塑成型工艺及模具优化设计

1.4注塑成型质量控制

1.5注塑成型数值模拟软件

第2章基于中面模型的注塑流动模拟

2.1注塑充填/后充填过程数学模型的建立

2.1.1黏性流体力学的基本方程

2.1.2薄壁型腔内熔体流动的控制方程

2.1.3圆管内熔体流动的控制方程

2.1.4聚合物材料模型

2.2注塑充填/后充填过程模拟的数值实现

2.2.1几何模型离散

2.2.2温度场的求解

2.2.3压力场的求解

2.2.4熔体流动前沿的跟踪及时间步长的确定

2.2.5数值求解步骤

2.2.6模拟中的几个问题

2.2.7算法稳定性分析

2.3算例

第3章基于表面模型的注塑流动模拟

3.1表面流技术原理

3.2网格预处理

3.3控制方程及数值算法

3.3.1控制方程

3.3.2数值算法

3.4算例

第4章基于实体模型的注塑三维流动模拟

4.1数学模型

4.2变分方程

4.3数值求解

4.3.1不考虑惯性效应的三维注塑充填模拟问题

4.3.2考虑惯性效应的三维注塑充填模拟问题

4.3.3算例

4.4区域分解算法的应用

4.4.1不重叠型区域分解算法

4.4.2Stokes问题的区域分解及界面条件

4.4.3注塑成型流动模拟的不重叠型区域分解算法

第5章注塑充填模式的快速预测

5.1前沿熔体流动长度与型腔厚度关系的建立

5.1.1型腔内前沿熔体流动长度与型腔厚度关系

5.1.2浇注系统内前沿熔体流动长度与流道半径关系

5.1.3等效流动长度

5.2近似最短路径算法

5.2.1近似最短路径求解的基本思路

5.2.2单源最短路径算法

5.2.3带权图上近似最短路径算法

5.3熔体前沿快速预测算法

5.4熔接线和气穴的自动识别

5.5算例

第6章注塑模冷却过程数值模拟

6.1注塑模温度场分析

6.1.1模具与塑件之间的热传导

6.1.2模具与冷却系统之间的对流换热

6.1.3模具与周围环境之间的热交换

6.2边界积分方程

6.2.1热平衡方程及其简化

6.2.2域内温度场边界积分方程

6.2.3边界积分方程的形成

6.2.4边界积分方程的修正

6.2.5边界积分方程的组合

6.2.6模具外边界条件的简化

6.3边界积分方程的处理

6.3.1边界积分方程的离散

6.3.2塑件表面热流的解析计算

6.3.3系数矩阵中积分项的计算

6.4数值实现

6.4.1残向量亚松弛迭代方程的形成

6.4.2系数矩阵的存储

6.4.3温度初值的确定

6.4.4快速算法

6.4.5算例

6.5冷却管网分析

6.5.1流体力学基本定律

6.5.2管道流动基本参数计算

6.5.3管网分析基本方程

6.5.4图论的基本概念及算法

6.5.5基本圈的优化

6.5.6管网分析步骤

第7章注塑制品内应力及翘曲变形模拟

7.1注塑制品内应力

7.1.1流动诱导内应力

7.1.2热应力

7.1.3影响注塑制品内应力的主要因素

7.2模内蠕变实验研究

7.3无定形聚合物注塑内应力模拟

7.3.1力学模型

7.3.2数学模型

7.3.3物性参数计算

7.3.4内应力计算过程

7.3.5算例

7.4结晶聚合物注塑内应力模拟

7.4.1温度场的修正

7.4.2注塑聚合物的结晶形态及结构模型

7.4.3注塑结晶聚合物热应力模拟

7.4.4算例

7.5纤维增强塑料注塑内应力模拟

7.5.1注塑成型纤维取向分析

7.5.2内应力计算

7.5.3算例

7.6注塑制品翘曲变形模拟

7.6.1离散Kirchhoff单元

7.6.2带转动自由度的膜单元

第8章气体辅助注射成型数值模拟

8.1气体辅助注射成型工艺过程

8.2充填/后充填过程的数学描述

8.2.1薄壁型腔充填/后充填阶段的控制方程

8.2.2圆管流道内充填/后充填阶段的控制方程

8.3熔体前沿位置与熔体-气体边界的确定

8.4算例

8.4.1实验验证

8.4.2工艺参数对气体穿透的影响分析

第9章注塑模浇口位置优化设计

9.1浇口位置对制件性能的影响

9.2浇口位置优化设计模型与算法

9.2.1优化模型的建立

9.2.2优化算法

9.2.3算例

9.3基于流动平衡的浇口位置优化算法

9.3.1优化模型的建立

9.3.2单浇口位置优化

9.3.3多浇口位置优化

9.3.4算例

第10章注塑模流道尺寸优化设计

10.1注塑模浇注系统

10.2多型腔非自然平衡浇注系统优化设计

10.2.1优化模型的建立

10.2.2优化算法

10.3单型腔多浇口模具浇注系统优化设计

10.3.1优化模型的建立

10.3.2优化算法

10.4算例

10.4.1多型腔非自然平衡流道系统优化

10.4.2单型腔多浇口模具浇注系统优化

第11章注塑制品壁厚优化设计

11.1制品壁厚初步优化

11.1.1优化模型的建立

11.1.2优化算法

11.2制品壁厚分区优化

11.2.1优化模型的建立

11.2.2优化算法

11.3算例

第12章注塑成型工艺优化

12.1注塑成型工艺优化问题定义

12.2设计变量的确定

12.3目标函数的建立

12.3.1人工神经网络

12.3.2基于神经网络模型的目标函数的建立

12.4优化算法

12.4.1混合遗传算法

12.4.2注塑成型工艺优化的混合遗传算法实施

12.4.3注塑成型工艺多目标优化

12.5算例

12.5.1工艺参数对制品质量影响研究

12.5.2工艺参数和制品质量指标之间关系模型的建立

12.5.3工艺参数优化

第13章注塑制品质量闭环控制

13.1注塑制品质量控制系统设计

13.1.1注塑控制系统

13.1.2注塑成型质量控制系统设计

13.2注塑制品质量闭环控制策略及实现

13.2.1注塑制品质量闭环控制算法

13.2.2神经网络控制器设计

13.2.3制品质量控制的在线仿真

13.3注射制品重量控制

13.3.1制品重量控制的理论基础

13.3.2控制系统中各个神经网络的结构

13.3.3系统性能测试

第14章注塑成型模拟中的有限元网格剖分

14.1中面模型的网格剖分

14.1.1任意平面区域的变密度三角形网格划分

14.1.2平面域的变密度四边形网格划分

14.1.3曲面的三角形网格划分

14.2实体表面有限元网格剖分

14.2.1STL模型拓扑信息的建立

14.2.2STL模型的B-Rep表示

14.2.3有限元网格生成

14.3有限元网格模型的简化

第15章注塑成型模拟用中面模型的生成

15.1中面模型的特征造型

15.1.1特征造型的基本理论

15.1.2中面模型的特征分类

15.1.3中面模型特征的设计方法

15.2基于实体表面网格的中面模型生成

15.2.1网格预处理

15.2.2实体模型转换为中面模型的算法

15.2.3单元厚度的确定

15.2.4中面模型的生成

第16章注塑成型数值模拟结果的可视化

16.1基本算法

16.2注塑成型数值模拟结果的显示方法

16.3OpenGL的应用

参考文献

　　本书较为系统地介绍了塑料注射成型数值模拟及模具优化设计的理论与方法，重点介绍了基于中面模型、表面模型和实体模型的注塑流动数值模拟方法、注射模冷却模拟方法、注塑件内应力及翘曲变形模拟方法，相关的几何模型构建、网格剖分和数值模拟结果的可视化方法；并从模具浇注系统优化、塑件厚度优化以及成型工艺优化几个方面介绍了注塑成型优化设计方法。　　本书系统地介绍了塑料注射成型数值模拟及模具优化设计的理论与方法。全书共16章：第1章为绪言；第2～8章介绍注塑成型数值模拟方法，重点介绍基于中面模型、表面模型和实体模型的注塑流动数值模拟以及熔体充填模式的快速预测、注塑模冷却过程数值模拟、注塑件内应力及翘曲变形模拟以及气体辅助注射成型数值模拟；第9～12章分别从模具浇注系统优化、塑件厚度优化以及成型工艺优化几个方面介绍注塑成型优化设计方法；第13章介绍注塑制品质量闭环控制系统设计方法；第14～16章介绍注塑成型模拟用有限元网格的剖分、中面模型的生成以及数值模拟结果的可视化方法。　　本书可供高等院校材料科学与工程学科的研究生以及从事高分子材料加工和模具设计的科研人员和工程技术人员参考。