基于改进有限体积法的三维注塑成型充模过程数值模拟-论文.pdf

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1、第51卷第10期机械工程学报vo1．5lNO．102015年5月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMav2015DoI：1O．3901／JME．2015．1O．025基于改进有限体积法的三维注塑成型充模过程数值模拟木严波李阳2赵朋周华民2(1．上海交通大学材料科学与工程学院上海200030；2．华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074；3．浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州3100271摘要：根据界面两侧相邻有限体积流动切应力相等的原则，考虑到相邻有限体积内黏度系数的差异，改进传统有限体积法，并推导改进的有限体积中心速度梯度、界面速度和速度梯度的

2、新的离散格式和计算格式。新的离散格式和计算格式能适用于注塑成型充模过程中型腔内塑料熔体黏度差异较大的情形，避免因黏度的变化导致界面两侧相邻有限体积内塑料熔体流动切应力的急剧变化。同理，根据界面两侧热流量相等的原则，推导有限体积中心温度梯度、界面温度梯度的新的离散格式和计算格式。改进有限体积法能有效提高数值模拟的稳定性和计算精度。采用改进的有限体积法分别模拟圆柱内稳态流动以及盒形件、带凹槽平板、一般三维特征的塑料制品的塑料熔体充模过程，模拟结果与理论精确解、试验结果、商业软件模拟结果吻合。数值算例表明改进的有限体积法能较准确地模拟注塑成型充模过程，也可应用于黏度变化比较大的其他单一流体或多

3、种流体的耦合数值模拟，具有重要的理论和实用价值。关键词：改进有限体积法；注塑成型；充模；黏度；数值模拟中图分类号：TQ3203DSimulationofFillingStageofPlasticInjectionMoldingBasedonImprovedFiniteVolumeMethodYANBOLIYangZHAOPengZHOUHuamin~(1．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030；2．SchoolOfMaterialsScienceandEngineer

4、ing．HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074；3．TheStateKevLabofFluidPowerTransmissionandControl。ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)Abstract：Accordingtotheequalflowshearstressattheinterfaceinadjacentfinitevolumes．the订aditionalfinitevolumemethodfFVM1iSimprovedinconsiderationoftheviscosit

5、yvariationinadjacentfinitevolumes．Thenewdiscretizationandcomputingformulaeconcerningvelocitygradientatthecenteroffinitevolume．aswellasvelocityanditsgradientattheinterfacearededucedfortheimprovedFVM．Thenewdiscretizationandcomputingformulaeareapttothesituafionthatmeltviscosityvariesveryquicklydurin

6、gthefillingstageofplasticinjectionmolding．111eimprovedFVMcanavoidsteeposcillationofflowshearstressinadjacentfinitevolume．Similarl~accordingtoequalheatfluxattheinterfaceinadjacentfinitevolumes。thenewdiscretizationandcomputingformulaeoftemperaturegradientarealsodeducedwhenthechangingofheatconductiv

7、itycoeficientinadjacentfinitevolumesistakenintoaccount．ThuStheimprovedFVMresultsinnumericalstabilityandaccuracyinthesimulationoffillingstage．Thepresentedapproachisusedtosimulatethesteadylaminarflowinacylinderandthefill