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第1章 绪言1

1．1注塑成型3

1．1．1注塑成型要素3

1．1．2注塑制品常见缺陷5

1．1．3注塑成型设计准则8

1．2注塑成型数值模拟8

1．2．1流动模拟9

1．2．2冷却模拟13

1．2．3内应力分析及制品翘曲模拟13

1．3注塑成型工艺及模具优化设计18

1．3．1优化设计方法18

1．3．2注塑成型工艺及模具优化设计20

1．4注塑成型质量控制22

1．5注塑成型数值模拟软件23

第2章 基于中面模型的注塑流动模拟25

2．1注塑充填／后充填过程数学模型的建立25

2．1．1黏性流体力学的基本方程25

2．1．2薄壁型腔内熔体流动的控制方程27

2．1．3圆管内熔体流动的控制方程30

2．1．4聚合物材料模型32

2．2注塑充填／后充填过程模拟的数值实现36

2．2．1几何模型离散36

2．2．2温度场的求解36

2．2．3压力场的求解41

2．2．4熔体流动前沿的跟踪及时间步长的确定45

2．2．5数值求解步骤49

2．2．6模拟中的几个问题51

2．2．7算法稳定性分析51

2．3算例52

第3章 基于表面模型的注塑流动模拟63

3．1表面流技术原理64

3．2网格预处理64

3．3控制方程及数值算法65

3．3．1控制方程65

3．3．2数值算法67

3．4算例71

第4章 基于实体模型的注塑三维流动模拟75

4．1数学模型75

4．2变分方程76

4．3数值求解78

4．3．1不考虑惯性效应的三维注塑充填模拟问题79

4．3．2考虑惯性效应的三维注塑充填模拟问题82

4．3．3算例84

4．4区域分解算法的应用89

4．4．1不重叠型区域分解算法89

4．4．2 Stokes问题的区域分解及界面条件93

4．4．3注塑成型流动模拟的不重叠型区域分解算法95

第5章 注塑充填模式的快速预测98

5．1前沿熔体流动长度与型腔厚度关系的建立98

5．1．1型腔内前沿熔体流动长度与型腔厚度关系98

5．1．2浇注系统内前沿熔体流动长度与流道半径关系100

5．1．3等效流动长度101

5．2近似最短路径算法102

5．2．1近似最短路径求解的基本思路102

5．2．2单源最短路径算法102

5．2．3带权图上近似最短路径算法103

5．3熔体前沿快速预测算法105

5．4熔接线和气穴的自动识别106

5．5算例107

第6章 注塑模冷却过程数值模拟112

6．1注塑模温度场分析112

6．1．1模具与塑件之间的热传导114

6．1．2模具与冷却系统之间的对流换热114

6．1．3模具与周围环境之间的热交换116

6．2边界积分方程117

6．2．1热平衡方程及其简化119

6．2．2域内温度场边界积分方程120

6．2．3边界积分方程的形成121

6．2．4边界积分方程的修正122

6．2．5边界积分方程的组合124

6．2．6模具外边界条件的简化125

6．3边界积分方程的处理126

6．3．1边界积分方程的离散126

6．3．2塑件表面热流的解析计算127

6．3．3系数矩阵中积分项的计算132

6．4数值实现138

6．4．1残向量亚松弛迭代方程的形成139

6．4．2系数矩阵的存储142

6．4．3温度初值的确定142

6．4．4快速算法143

6．4．5算例147

6．5冷却管网分析151

6．5．1流体力学基本定律151

6．5．2管道流动基本参数计算152

6．5．3管网分析基本方程153

6．5．4图论的基本概念及算法154

6．5．5基本圈的优化157

6．5．6管网分析步骤157

第7章 注塑制品内应力及翘曲变形模拟159

7．1注塑制品内应力160

7．1．1流动诱导内应力160

7．1．2热应力161

7．1．3影响注塑制品内应力的主要因素162

7．2模内蠕变实验研究164

7．3无定形聚合物注塑内应力模拟172

7．3．1力学模型172

7．3．2数学模型175

7．3．3物性参数计算176

7．3．4内应力计算过程179

7．3．5算例182

7．4结晶聚合物注塑内应力模拟185

7．4．1温度场的修正185

7．4．2注塑聚合物的结晶形态及结构模型186

7．4．3注塑结晶聚合物热应力模拟188

7．4．4算例190

7．5纤维增强塑料注塑内应力模拟191

7．5．1注塑成型纤维取向分析192

7．5．2内应力计算193

7．5．3算例196

7．6注塑制品翘曲变形模拟197

7．6．1离散Kirchhoff单元199

7．6．2带转动自由度的膜单元202

第8章 气体辅助注射成型数值模拟206

8．1气体辅助注射成型工艺过程206

8．2充填／后充填过程的数学描述209

8．2．1薄壁型腔充填／后充填阶段的控制方程209

8．2．2圆管流道内充填／后充填阶段的控制方程213

8．3熔体前沿位置与熔体-气体边界的确定214

8．4算例215

8．4．1实验验证215

8．4．2工艺参数对气体穿透的影响分析219

第9章 注塑模浇口位置优化设计230

9．1浇口位置对制件性能的影响230

9．2浇口位置优化设计模型与算法231

9．2．1优化模型的建立231

9．2．2优化算法233

9．2．3算例234

9．3基于流动平衡的浇口位置优化算法236

9．3．1优化模型的建立236

9．3．2单浇口位置优化237

9．3．3多浇口位置优化237

9．3．4算例240

第10章 注塑模流道尺寸优化设计245

10．1注塑模浇注系统245

10．2多型腔非自然平衡浇注系统优化设计247

10．2．1优化模型的建立247

10．2．2优化算法247

10．3单型腔多浇口模具浇注系统优化设计250

10．3．1优化模型的建立251

10．3．2优化算法252

10．4算例254

10．4．1多型腔非自然平衡流道系统优化254

10．4．2单型腔多浇口模具浇注系统优化257

第11章 注塑制品壁厚优化设计260

11．1制品壁厚初步优化260

11．1．1优化模型的建立260

11．1．2优化算法261

11．2制品壁厚分区优化264

11．2．1优化模型的建立264

11．2．2优化算法265

11．3算例267

第12章 注塑成型工艺优化270

12．1注塑成型工艺优化问题定义270

12．2设计变量的确定272

12．3目标函数的建立274

12．3．1人工神经网络274

12．3．2基于神经网络模型的目标函数的建立280

12．4优化算法281

12．4．1混合遗传算法281

12．4．2注塑成型工艺优化的混合遗传算法实施282

12．4．3注塑成型工艺多目标优化285

12．5算例286

12．5．1工艺参数对制品质量影响研究286

12．5．2工艺参数和制品质量指标之间关系模型的建立301

12．5．3工艺参数优化309

第13章 注塑制品质量闭环控制315

13．1注塑制品质量控制系统设计315

13．1．1注塑控制系统315

13．1．2注塑成型质量控制系统设计317

13．2注塑制品质量闭环控制策略及实现318

13．2．1注塑制品质量闭环控制算法318

13．2．2神经网络控制器设计320

13．2．3制品质量控制的在线仿真321

13．3注射制品重量控制323

13．3．1制品重量控制的理论基础323

13．3．2控制系统中各个神经网络的结构323

13．3．3系统性能测试324

第14章 注塑成型模拟中的有限元网格剖分330

14．1中面模型的网格剖分330

14．1．1任意平面区域的变密度三角形网格划分330

14．1．2平面域的变密度四边形网格划分338

14．1．3曲面的三角形网格划分341

14．2实体表面有限元网格剖分345

14．2．1 STL模型拓扑信息的建立345

14．2．2 STL模型的B-Rep表示349

14．2．3有限元网格生成352

14．3有限元网格模型的简化354

第15章 注塑成型模拟用中面模型的生成363

15．1中面模型的特征造型363

15．1．1特征造型的基本理论363

15．1．2中面模型的特征分类366

15．1．3中面模型特征的设计方法368

15．2基于实体表面网格的中面模型生成373

15．2．1网格预处理373

15．2．2实体模型转换为中面模型的算法373

15．2．3单元厚度的确定375

15．2．4中面模型的生成379

第16章 注塑成型数值模拟结果的可视化383

16．1基本算法383

16．2注塑成型数值模拟结果的显示方法386

16．3 OpenGL的应用389

参考文献391