基于实体的注射成型流动模拟

提出了应用中面模型技术模拟实体模型的注射成型流动过程的新方法。对实体模型的表面进行二维网格划分，将结点在厚度方向上配对．配对点之间添加虚拟热流道单元，建立二维有限元分析的网格模型。将HeleShaw流动应用于非等温条件下的粘性、不可压缩流体，建立基于中面模型流动分析的数学模型，用充填园子的输运方程描述流动前沿。用有限元计算充填过程的压力场．有限差分计算温度场，高阶的Taylor展开式计算每一时间步长的充填因子。针对Han设计的试验模具，用相同的材料及工艺条件，比较中面模型和实体模型的模拟结果。算例分析表明，这种方法可以有效地模拟基于实体模型的注射成型流动过程。     

基于黏弹性的微注射成型流动模拟

应用有限元方法研究了微注射成型中瞬态、可压缩、非牛顿熔体流动的黏弹性对流动前沿及流动平衡的影响。基于Phan-Thien-Tanner模型建立了熔体流动的本构方程,利用Hele-Shaw假设和简化建立了瞬态、可压缩、非牛顿熔体流动的连续性方程、动量方程、能量方程;为了有效地描述微注射成型的尺寸效应,采用了边界滑移和表面张力边界条件。通过分部积分和待定系数法导出了带有边界信息的变分方程和求解应力分量的半解析公式,构造了有限元离散求解及超松驰迭代算法。模拟结果表明:熔体的黏弹性对浇口附近的压力和后续的熔体流动前沿有重要影响;与黏性模型相比,黏弹性模型可以控制模拟压力的快速增长,减少不同型腔之间的充填差异,与短射实验结果也更吻合。     

聚合物注射成型流动残余应力的数值分析

建立了可压缩黏弹性聚合物熔体在薄壁型腔中充模/保压过程中非等温、非稳态流动 的数学模型,用数值方法实现了注射成型过程中流动应力和取向建立及松弛过程的模拟,研 究了熔体温度、模具温度和注射速率等工艺条件对分子冻结取向的影响,取得了与实验相符 的结果.     

注塑模充模过程动态分析

注塑成型是利用型腔模制造理想制品主要的成型加工方式 ,塑料熔体的流动行为将直接影响着最终塑件的质量 ,塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动属于带有运动边界的粘性不可压缩流体的流动 ,本文针对塑料注塑成型特点 ,经过量纲分析和引入合理而必要的假设 ,得到了适合于充模分析的数学模型。控制方程的求解主要包括三个阶段 :压力场、温度场和流动前沿位置的确定。数值求解采用有限元法求解压力场、有限差分法求解温度场、并利用控制体积法跟踪熔体前沿 ,实现了充模过程的动态模拟     

配置点谱方法-人工压缩法(SCM-ACM)求解同心圆筒内流体流动

发展了配置点谱方法SCM(Spectral collocation method)和人工压缩法ACM(Artificial compressibility method)相结合的SCM-ACM数值方法,计算了柱坐标系下稳态不可压缩流动N-S方程组。选取典型的同心圆筒间旋转流动Taylor-Couette流作为测试对象,首先,采用人工压缩法获得人工压缩格式的非稳态可压缩流动控制方程;再将控制方程中的空间偏微分项用配置点谱方法进行离散,得到矩阵形式的代数方程;编写了SCM-ACM求解不可压缩流动问题的程序;最后,通过与公开发表的Taylor-Couette流的计算结果对比,验证了求解程序的有效性。结果证明,本文发展的SCM-ACM数值方法能够用于求解圆筒内不可压缩流体流动问题,该方法既保留了谱方法指数收敛的特性,也具有ACM形式简单和易于实施的特点。本文发展的SCM-ACM数值方法为求解柱坐标下不可压缩流体流动问题提供了一种新的选择。     

用BGK格式计算不可压缩流场

简要介绍BGK方法的基本思想,数值方法及其对不可压缩流场数值计算的推广。然后详细介绍将BGK方法应用于平面方框流的结果,将其结果与Ghia的结果进行了详细的比较。本方法还用来模拟后台阶流动,所得结果与相应的实验数据进行比较。以上比较表明本方法的有效性,同时也确定在计算不可压缩流体时参数的正确选择。     

注塑成型充填／后充填过程统一的可压缩流动分析

注塑成型是重要的塑料成型工艺,成型过程中熔体在模腔中的流动和传热对最终制品的性能和质量有重要的影响,因此,精确预测注塑过程的流动及传热历史,并进一步预测注塑制品的收缩、翘曲和机械性能等性能和质量指标具有重要意义。为了精确地描述成型过程中材料的流动及传热行为,本文针对注塑成型过程的工艺特点,将充填后充填过程作为一个统一的过程,考虑材料可压缩性及相变对充填和后充填过程的影响,建立了充填后充填过程的统一数学模型。采用有限元/有限差分/控制体积混合数值方法,实现了注塑成型充填后充填一体化模拟。数值模拟结果与实验结果的对比,验证了本文模型和算法。     

不可压缩二维流动Navier—Stokes方程的有限元解

对不可压缩流体沿二维后台阶流动的Ｎ－Ｓ方程的流函数－涡量式用有限元方法加以求解，固壁上的涡量用时间迭代法加以确定。分别计算Ｒｅ＝２００，４００，８００和１０００时流动区域的流函数和涡量值，并在Ｒｅ＝８００时与有关文献的结果相比较，基本吻合。且在此基础上讨论了出口条件对计算结果的影响。本文的方法对分析流经液压阀口等流动问题具有借鉴意义。     

高黏性流动有限元模拟的迭代稳定分步算法

分步算法已被广泛应用于数值求解不可压缩N-S方程. Guermond等认为时间步长必须大于 某个临界值方能使算法稳定. 然而在高黏性流动模拟中，已有的显式和半隐式分步算法由于 其显式本质，必须采用小时间步长计算，不但降低了计算效率，同时也常与为使分步算法稳 分步算法已被广泛应用于数值求解不可压缩N-S方程. Guermond等认为时间步长必须大于 某个临界值方能使算法稳定. 然而在高黏性流动模拟中，已有的显式和半隐式分步算法由于 其显式本质，必须采用小时间步长计算，不但降低了计算效率，同时也常与为使分步算法稳 定必须满足的最小时间步长要求冲突. 本文目的是构造一种含迭代格式的分步算法，它能在 保证精度的前提下大幅度地增大时间步长. 方腔流和平面Poisseuille流数值计算结果证实 了此特点，该方法被有效应用于充填流动过程的数值模拟.     

以压力为基本求解变量数值模拟粘性超、跨音速流动

应用以压力为基本求解变量的SIMPLE方法 ,对一双喉喷管中的层流超音速流动和一扩压器中的紊流跨音速流动进行了数值计算。计算结果显示 ,本文的计算结果与文献数据及实验结果相符很好。表明本文方法对可压缩流动有很高的模拟精度。进而表明经过可压缩推广的SIMPLE方法适用于任何马赫数的流动计算     

注塑流动与传热分析的四边形单元控制体积法

阐述了注塑分析的基于Hele-Shaw假设四边形单元控制体积法。由于四边形控制体积法会产生不对称矩阵的方程组,求解压力时把方程不对称的部分移到方程右边,这样方程转化为对称的线性方程组。在求解转化后的线性方程组时,只在压力求解区域改变时更新方程的右边。注塑分析的时间步长进行自动调整,并大致保证流动前锋在两个时间步内向前流动大略一单元层。与现有文献的计算结果比较表明四边形单元控制体积法可以有效地模拟中面模型的注射过程,该方法并可以与三角形单元混合使用,且可应用于基于表面的注塑分析方法。     

Parallel three‐dimensional simulation of the injection molding process

This paper describes the development of a parallel three‐dimensional unstructured non‐isothermal flow solver for the simulation of the injection molding process. The numerical model accounts for multiphase flow in which the melt and air regions are considered to be a continuous incompressible fluid with distinct physical properties. This aspect avoids the complex reconstruction of the interface. A collocated finite volume method is employed, which can switch between first‐ and second‐order accuracy in both space and time. The pressure implicit with splitting of operators algorithm is used to compute the transient flow variables and couple velocity and pressure. The temperature equation is solved using a transport equation with convection and diffusion terms. An upwind differencing scheme is used for the discretization of the convection term to enforce a bounded solution. In order to capture the sharp interface, a bounded compressive high‐resolution scheme is employed. Parallelization of the code is achieved using the PETSc framework and a single program multiple data message passing model. Predicted numerical solutions for several example problems are considered. The first case validates the solution algorithm for moderate Reynolds number flows using a structured mesh. The second case employs an unstructured hybrid mesh showing the capability of the solver to describe highly viscous flows closer to realistic injection molding conditions. The final case presents the non‐isothermal filling of a thick cavity using three mesh sizes and up to 80 processors to assess parallel performance. The proposed algorithm is shown to have good accuracy and scalability. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Fractional step method for solution of incompressible Navier-Stokes equations on unstructured triangular meshes

In this paper an implicit fractional step method for the solution of the two-dimensional, time-dependent, incompressible Navier-Stokes equations is presented. The current method was developed for use on an unstructured grid made up of triangles. The basic principles of this method are that the evaluation of the time evolution is split into intermediate steps and that for the spatial discretization of the flow equations a finite volume discretization on an unstructured triangular mesh is used. The present approach has been used to simulate viscous, laminar flows for various Reynolds numbers in test cases such as a backward-facing step, a square cavity and a channel with wavy boundaries.     

粘性流基于特征线的四阶Runge-Kutta有限元法

对于二维不可压缩粘性流，通过沿流线方向的坐标变换，推导了无对流项的二维N-S（Navier-Stokes）方程。采用四阶Runge-Kutta法对N-S方程进行时间离散，并沿流线进行Taylor展开，得到显式的时间离散格式，然后利用Galerkin法对其进行空间离散，得到了高精度的有限元算法。利用本文算法对方腔驱动流和圆柱绕流进行了数值计算，通过对时间步长、网格尺寸和流场区域的计算分析，进一步验证了本文算法相比经典CBS法在时间步长、收敛性、耗散性和计算精度方面更具有优势。     

注塑成型三维流动的数值模拟

建立了非等温、粘性、不可压缩、非牛顿流体流动的控制方程。为了避免同时求解耦合的压力场、速度场,本文通过修改Galerkin方法的变分方程,导出了关于压力场的拟Poisson方程,用迭代法独立地求解连续性方程、动量方程,并进行速度一粘度迭代求出最终的压力场、速度场。由于直接使用Galerkin方法求解能量方程容易引起温度场的振荡,本文采用隐式格式及“上风”法离散能量方程,用超松驰迭代法求解温度场的代数方程组。比较了模拟结果与等温管道流动的解析解及法兰的实际注射结果,算例表明本文方法可以预测注射成型流动过程中的一些重要特征。与传统Galerkin方法相比,本文方法可以减少内存,提高数值方法的稳定性。     

适应复杂外形的三维粘性混合网格生成算法

提出一类适应复杂外形的粘性混合网格生成算法。表面网格由前沿推进三角形曲面网格程序获得,边界层布置各向异性的三棱柱体网格,远物面区域采用Delaunay方法生成四面体网格。针对模型的复杂几何特征,综合采用了各种网格处理技术,以保证边界层网格的质量,并避免算法失效问题。网格实例及计算结果表明了本文算法的实用性及和效性。     

不可压缩流动的移动粒子半隐式法数值模拟

介绍了一种新的移动粒子半隐式方法。该方法采用Lagrange描述,用一系列离散粒子代替流体,通过半隐式求解和时间推进法来进行计算,弥补了传统网格法对复杂形状、大变形、高速撞击等情况下网格划分和重构过于繁琐的缺点,在模拟不可压缩流动问题中得到了较好的效果。     

成型充填过程的ALE有限元模拟

在ALE框架中提出了一个用于成型充填过程有限元数值模拟的模型。应用ALE参考构形及ALE参考粒子速度描写充填过程中的熔体质量运动。摒弃了Hele-Shaw近似假定,因而所提出的模型能用于非薄壁型腔中高分子材料充填过程的数值模拟。应用基于时域分步算法的Taylor-Galerkin方法,对控制成型充填过程的守恒方程建立了弱形式。对移动自由面附近的充填材料区构造了网格生成算法与网格重划分方案。给出了在几种不同形状的典型腔体中充填过程的数值模拟结果,表明了所提出的ALE有限元模型模拟充填过程的有效性。