[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

摘要

本发明公开一种基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法，包括以下步骤：(1)由型腔实体网格构造三维节点控制体作为有限体积；(2)设置成型工艺参数；(3)设置材料参数；(4)计算塑料熔体流动速度、压力和温度；(5)更新塑料熔体流动前沿，确定时间步长；(6)塑料熔体填充量是否达到指定体积；(7)计算塑料熔体和气体的流动速度、压力和温度；(8)更新塑料熔体流动前沿和气体穿透前沿，确定时间步长；(9)型腔是否充满。本发明基于三维有限体积法，通过改进传统的有限体积法，计算塑料熔体与气体的耦合流动，考虑了粘度、速度、压力、温度之间的强非线性，能准确预测气体辅注塑成型气体穿透前沿及各种物理量场的分布。

主权项

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；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：ui,i＝0ρCp(T，t+uiT，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，ui为速度分量，p为压力，η为粘度，T为温度，t为时间，ρ、CP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：式中，u为节点速度矢量，下标“k”表示相邻节点控制体，Pk为相邻节点控制体中心，nf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，rk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：式中，u*为公共界面中心速度矢量，sk为相邻节点控制体公共界面的面积外法矢量，是由P0指向Pk；c、与相邻节点控制体的公共界面中心的速度计算式为：式中，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*＝TSU+γ(TSO‑TSU)式中，TSU为根据一阶精度的迎风格式得到的温度，TSO为采用中心差分的得到的温度，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。