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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