模腔注射模拟显式算法中对流项作用的评估

为研究Navier-Stokes方程中对流项对粘性流注射模拟结果的影响,在基于矢量化显式算法模拟软件中加入对流作用项.应用修正后的软件模拟两个典型的注射填充过程的算例,并与相应的实验比较.对模拟和实验结果的比较表明,对流项对粘性流注射填充过程和的其中的自由表面形状的模拟结果影响可以忽略.

模腔注射填充的全矢量显式算法

为满足注射成形模拟工业应用的实际需要,基于已有的模拟注填充显式算法,提出并实现了一种新的全矢量化显式算法.对于各类注射填充的模拟问题,此算法避免了压力场的全局求解,矩阵操作仅在单元一级进行.通过反馈修正,各时间增量步满足不可压缩条件.由于避免了所有的全局耦合求解,计算代价与节点的自由度近似成正比,可实现填充模拟过程的高效运算,容易实现并行计算.通过新算法的填充模拟结果与MINI单元的三维模拟结果比较,证实了该算法的有效性.

基于全矢量显式算法注射填充软件的研究与开发

基于前人模拟注射填充的显式算法,提出了一种新的全矢量化运算显式算法。对于各类注射填充的模拟,此算法避免了压力场的全局求解,矩阵操作仅在单元一级进行,通过反馈修正,在各时间增量步使已填充的区域满足不可压缩条件。由于避免了所有的全局耦合求解,计算代价与节点的自由度近似成正比,可实现填充模拟过程的高效运算。由于矢量化算法是完全脱耦的,容易实现并行计算。基于这种新算法,应用有限元法进行了注射填充仿真软件的初步开发。其填充模拟结果与商业软件MOLDFLOW的三维模拟结果比较,证实了该软件的有效性。

微注射成形实验与数值模拟

为研究注射料的流动性和模腔形状的复制能力,加工了含有微流道的模具,在微注射系统上进行了微注射实验.应用基于矢量化显式算法的程序,在不同壁面边界条件下,对微注射实验进行了模拟.结果表明:在注射料温度220℃、模具温度40℃、注射流量为20 mm3/s、注射时间1 s、保压时间10 s的注射工艺条件下,聚丙烯能较好的复制长5 mm,宽1.5 mm和厚0.8 mm的微流道形状.采用滑移边界条件的微注射模拟结果与实验结果一致,说明微注射中存在边界滑移速度.

基于实体流模型注射成型的高效模拟及实验验证

基于笔者在欧拉描述下模拟注射填充过程的显式算法,应用实体流模型实现了用于注塑填充过程的全矢量化运算显式算法。此算法通过反馈修正的方式来满足不可压缩条件,从而避免了压力场的全局求解。矩阵操作仅在单元一级进行,使计算代价与节点的自由度近似成正比,实现了填充模拟的高效运算。应用新算法和MINI单元的算法对同一模型进行注塑过程的模拟,通过比较两种算法的计算时间,证实了新算法的高效性;通过比较另一典型模型的计算模拟结果和相应的实验结果,验证了新算法的有效性。

316L注射料在不同孔径毛细管下的粘性行为

金属注射成形注射料在模腔中的流动是粉末与粘结剂的混合流动,其粘性行为与仅含粘结剂的单相流动有所不同。为研究注射料在微模腔中注射成形的粘性行为和微注射工艺的尺度适应性,在RH2000毛细管粘度仪依次安装直径0.3～2.0mm的7个毛细管,分别在160～220℃间的4个温度下对平均粒度为16μm的316L不锈钢注射料进行一系列粘度测试;测试显示注射料在同样的注射温度和切应变率下,应用不同管径的毛细管测试所得粘度存在差异的现象;解释壁面边界滑移速度是导致测试粘度差异的原因,分析影响粘度测试结果的因素;基于一系列的粘度测试结果,标定出壁面边界滑移速度的大小;提出注射料最小临界尺度的概念和标定方法,为微细金属注射成形工艺的尺度适应性研究提供有益的参考。

粉末注射成形材料微波烧结过程的有限元模拟

基于传统电阻加热烧结过程的建模与模拟,通过对粉末注射成形材料微波烧结过程的机理分析,结合电磁场、热力学以及连续介质力学原理,确定了微波烧结全过程的数学模型和模拟方法;通过建立合理的力学模型和控制方程,采用COMSOL Multi-physics软件模拟微波烧结过程,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:氧化锆粉末成形件在微波烧结初始阶段加热缓慢,当温度升至400℃之后,成形件内部温度持续急剧升高;当加热至1 360℃时,烧结件的相对密度高达92%,可满足粉末烧结工艺要求;建立的数学模型能有效模拟微波烧结过程中粉末成形材料内部的电场、温度场分布以及密度的衍化过程。