注塑模稳态温度场的有限体积法模拟

对于注塑模具的冷却过程稳态温度场模拟,传统有限体积法(FVM)求解型腔面上等效热流时,节点温度梯度往往基于控制体积内的平均值近似计算,不一定等于边界面上的局部节点温度梯度,且控制体积内各面热流计算相互独立,可能导致控制体积内热量不守恒.为此改进FVM通过将稳态温度场热量守恒作为前提条件,基于节点控制体积的其他面热流量计算型腔面热流,修正了传统FVM.自主开发了C++有限体积法数值模拟程序,分别把传统FVM和改进FVM模拟得到的注塑模稳态温度场与商业软件结果对比,发现传统FVM能够模拟出注塑模具的温度分布情况,但存在较大计算误差;采用改进型腔面等效稳态热流算法后,计算误差显著降低,证明改进后FVM能更加准确地模拟冷却过程的稳态温度场.

有限体积法注塑稳态模具温度场算法及模拟

注塑成型生产过程中,不均匀的模具温度分布容易导致制品出现翘曲等缺陷,模具温度又会影响制品的冷却速率,可以通过模拟注塑模具温度场优化冷却水路,以改善注塑制品的质量及生产效率。基于此,对有限体积法(FVM)模拟注塑温度场的算法进行了研究,详细描述了模具稳态温度场的瞬态型腔热流边界的等效办法。采用现今最常用的边界元法模拟注塑成型模具温度场时只能查看型腔面的温度,而采用有限体积法对三维模型模拟能够获知模型全域的温度场。为了实现模具与熔体之间的解耦计算,采用了循环迭代的求解方式,以支架作为实例模型进行了模拟分析,并与商业软件的结果进行了对比,结果表明FVM模拟注塑模具稳态温度场算法是正确的。

基于线段拓扑关系的轮廓偏置算法

已有的偏置算法大多限于简单图形,远远达不到真实的增材制造零件的复杂结构要求,因此提出一种基于线段拓扑的轮廓偏置框架。研究了偏置异常的种类和形成机理,提出线段重合、(自)相交、成环、环反向、环失效等多环处理算法,实现了对复杂异常的处理;探究了边界上局部尖角的形成机理和影响,提出修补式光顺算法对邻边夹角进行了优化,基本消除了奇异尖角和空洞缺陷问题,保障了算法的稳定性。使用C++语言编写算法程序,与CGAL几何图形库的偏置算法结果相比,该轮廓偏置方法计算速度更快,且规划的路径更符合加工设备的加工几何特点;与平行线扫描和分区扫描等其他扫描方式进行对比,该轮廓偏置的规划路径总长度相对较小,扫描效率综合更高。