[发明专利]分析流体流动过程的装置和方法

说明书

本发明涉及一种通过求出在流体流动过程中的压力或压力转变或者流体的流速来分析流体流运过程的装置。

通常，分析流体流动过程的方法例如通过采用计算机模拟，再现注模过程等的分析注模过程的方法已经广泛应用。下面的介绍主要涉及用于分析流体流动过程的典型方法的注模过程的分析方法。

这些注模过程分析方法致力于在注模产品等的产品开发方面实现高质量，高效率和低成本。这些方法例如已公开在91-224712号、92-152120号、92-305424号、92-331125号等日本专利公开文件上。这些注模过程分析方法利用二维模型求出在各个部分的压力、温度、剪应力等。

在这些常规的注模过程分析方法中，由于采用二维模型作为注模产品的模型，注模产品的各个部分被分为很多例如为三角形和矩形的二维的小的基元，利用计算机通过数字分析技术求出在各个小的基元处的压力、温度、剪应力等参数。

在常规的注模过程分析方法中，当注模产品的形状能够通过综合二维的图形近似时，例如当注模产品的厚度与该注模产品的整体尺寸相比很薄时，通过分析得到的结果可以达到高精度。

然而，当注模产品厚度大于5毫米时，或普遍较小时例如为一个连接管时，由于三维流动，例如沿厚度方向易于流动，常规分析方法并不总是能够进行高精度分析。此外，即使当注模产品很薄时，在对产品的阶状部分或角状部分的局部流动状态的精确分析方面，采用平面状基元的常规方法只能提供很少的有用信息。

例如，注模产品为T形时，由于采用图13所示的二维模型，常规的注模过程分析方法不能精确地表达界面处的形态。

这样为了进行分析可以考虑采用如图3所示的三维模型，利用例如为有限元法或有限差分法的一般方法通过计算对流体进行分析。在这种情况下，待分析的模型被分为三维小的基元，例如六面体、三棱锥体和三角柱体。假如将这样的模型用于分析，通过利用计算机分析流体的一般方法，可以精确模拟实际形状，使得分析具有高精度。

然而，应用这种通用的三维分析方法需要大量的计算，占用很长的计算时间，使之不实用。其理由如下：在注模过程中的流动存在移动边界问题，填充的区域随时间推移而扩展。此外，通常用于模塑的材料是非牛顿流体，具粘度由于存在流动特性而随温度和剪切速率变化，决定粘度的温度也随时间的推迟每个瞬间都在改变。因此，复杂流动的三维分析需要很长的计算时间和很大的存储需求。这样，利用这种模拟取代利用实际机械进行试制实际上难于实现高效率或低成本。

因此，当根据利用上述常规的注模过程分析方法和装置求出的注模产品的模压条件生产注模产品时，会产生任一或两个方面的问题，即由于分析精度不能令人满意，不能在较好的条件下生产注模产品，而且生产率很低。

由于不能在最佳条件下生产，按这种制造方法得到的注模产品在强度等方面存在问题。

考虑到上述问题，本发明的第一个目的是提出一种用于分析流体流动的装置和方法，其利用三维模型能精确再现流体的流动通道的形状，并在惯用的计算时间内进行精确的分析。

本发明的第二个目的是提出一种用于分注模过程的装置和方法，其利用三维模型能精确地再现注模产品的形状并且在惯用的计算时间内进行精确的分析。

本发明的第三个目的是提供一种通过利用所述注模过程分析装置按照产品形状确定模压条件、模具设计和材料选择高效生产高质量的注模产品的方法。

本发明的第四个目的是提供一种利用所述注模产品生产方法在最佳条件下生产的注模产品。

本发明提出的用于分析流体流动的过程的装置包括：三维模型构成装置，用于构成一个被分成若干小的基元的三维模型，以便至少代表流体流动的腔体的一部分；流导确定装置，用于当关注的小的基元位置接近腔壁表面时，确定流体的流导K为一个小值，而当该小的基元位置远离上述表面时，确定流体的流导K为一个大值；以及压力计算装置，用于根据所述流导K求出在所述各个小的基元处的流体压力。

本发明还提供的一种用于分析流体流动过程的装置包括：三维模型构成装置，用于构成一个分成若干小的基元的三维模型，以便至少代表流体流动的腔体的一部分；流导确定装置，用于当关注的小的基元位置接近腔壁表面时确定流体的流导K为一个小值，而当该小的基元位置远离上述表面时确定流体的流导K为一个大值；以及压力转变计算装置，用于根据所述流导K求出在所述各个小的基元处的流体的压力转变。