[发明专利]基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法

权利要求书

1.一种基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、由型腔实体网格构造三维节点控制体作为有限体积；

B、设置成型工艺参数；

C、设置材料参数；

D、计算塑料熔体流动速度、压力和温度；

E、更新塑料熔体流动前沿，确定时间步长；

F、塑料熔体填充量是否达到指定体积，如果达到，进入步骤G，否则进入步骤D；

G、计算塑料熔体和气体的流动速度、压力和温度；

H、更新塑料熔体流动前沿和气体穿透前沿，确定时间步长；

I、模具型腔是否充满，如果模具型腔已经填充满，则计算结束，否则进入步骤G。

2.如权利要求1所述的基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法，其特征在于，所述步骤A具体为：导入型腔实体网格，连接网格单元的体心、面心、边中点构造三维节点控制体作为有限体积。

3.如权利要求1所述的基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法，其特征在于，步骤B中，所述成型工艺参数包括塑料熔体的注射压力、注射时间或注射速度，气体的注射压力、注射时间或注射速度，以及模具温度、熔体温度。

4.如权利要求1所述的基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法，其特征在于，步骤C中，所述材料参数包括气体粘度，塑料熔体的密度、比热容、热传导系数，以及塑料熔体的7参数WLF-Cross粘度模型的材料常数。

5.如权利要求4所述的基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法，其特征在于，所述材料常数包括A₁、A₂、D₁、D₂、D₃。

6.如权利要求1所述的基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法，其特征在于，所述步骤D中，忽略塑料熔体的惯性力、体积力，塑料熔体为不可压缩流体，其速度、压力、温度等变量位于节点控制体中心，所述塑料熔体流动的速度、压力和温度的计算具体包括如下步骤：

(1)根据7参数WLF-Cross粘度模型计算节点控制体中心的粘度，塑料熔体粘度为温度、压力、剪切应变速率的函数，如下：

η(T,γ·)=η0(T,p)1+(η0ϵ·τ·)1-n~,η0=D1exp(-A1(T-(D2+D3p))A2+T-D2)]]>

式中，η为粘度，η₀为零剪切粘度，T为温度，p为压力，为非牛顿指数，为剪切应变速率，为材料剪切常数，A₁、A₂、D₁、D₂、D₃为材料参数，其中T、p、为节点控制体中心的变量值；

(2)塑料熔体速度、压力、温度的控制方程分别采用如下动量守恒方程、质量守恒方程和能量守恒方程：

-p,i+2ηϵ·ij,j=0]]>

u_i，j＝0

ρC_p(T_，t+u_iT_，i)＝Φ+λT_，ii

式中，为剪切应变速率，下标“’”表示偏导，i，j＝1，2，3为空间局部笛卡儿坐标系分量，u_i为速度分量，p为压力，η为粘度，T为温度，t为时间，ρ、C_P分别为塑料熔体的密度、比热容，λ为塑料熔体的热传导系数，为剪切耗散功，是塑料熔体充模过程的热源项；

(3)采用有限体积法对动量守恒方程进行离散，

a、某节点控制体中心P₀的速度梯度计算式为：

▿uP0=D-1·c]]>

式中，D=Σk=1nf(rPk-rP0)T(rPk-rP0),c=Σk=1nf(rPk-rP0)T(uPk-uP0)1-wk+qk×wk,]]>u为节点速度矢量，下标“k”表示相邻节点控制体，P_k为相邻节点控制体中心，n_f为相邻节点控制体数，r为控制体中心的位置矢量，上标“T”表示转置向量，为加权系数，r_k为与相邻节点控制体的公共界面中心的位置矢量，为两个节点控制体中心的粘度比；

b、与相邻节点控制体的公共界面中心的速度梯度计算式为：

▿u*=▿u‾+[(uPk-uP0)|dk|(1-wk+qk×wk)-▿u‾·dk|dk|]|dk|skdk·sk]]>

式中，u^*为公共界面中心速度矢量，▿u‾=wk▿uP0+(1-wk)▿uPkqk,dk=rk-rP0,]]>s_k为相邻节点控制体公共界面的面积外法矢量，是由P₀指向P_k；

c、与相邻节点控制体的公共界面中心的速度计算式为：

u*=u‾+V‾a[-(pPk-pP0)|dk|+▿pk‾·dk|dk|]|dk|skdk·sk]]>

式中，u‾=qkwkuP0+wkuPk1-wk+qk×wk,V‾a=qkwkVP0aP0+wkVPkaPk1-wk+qk×wk,]]>其中V为节点控制体体积，a为节点速度分量对应方程组矩阵的主对角线上的值；

d、采用有限体积法对能量守恒方程进行离散，界面中心的温度计算式为：

T^*＝T^SU+γ(T^SO-t^SU)

式中，T^SU为根据一阶精度的迎风格式得到的温度，T^SO为采用中心差分的得到的愠度，具有二阶精度，即γ为0.8-95之间的常数；

e、采用节点型有限体积法耦合求解所述塑料熔体的动量守恒方程、质量守恒方程和能量守恒方程得到速度、压力和温度。