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注塑成型充填数值模拟中Hele-Shaw假设适用性分析

马兰  
【摘要】: 充填过程作为注塑成型过程的初始阶段,熔体在这一阶段的流动状态对制品最终的性能和质量有较大的影响。数值模拟充填流动过程,可以预测产品的缺陷,优化成型工艺。 Hele-Shaw流动理论,在模拟薄壁制件方面取得了较好的效果,但是它忽略了厚度方向的压力梯度和速度,因此在模拟形状复杂的非均匀制件方面,Hele-Shaw假设不再适用。 本文根据注塑成型的特点,进行合理的简化和假设,结合有限元法,利用VC++编写程序,对充填过程进行了数值模拟,主要的工作和结论如下: 1.本文对Hele-Shaw流动理论的假定的适用性进行了研究。文中抛弃广义Hele-Shaw简化和假设,结合注塑充填理论,建立了描述厚度截面熔体流动行为的数学模型,采用有限元法耦合求解速度场和压力场;并通过算例分析了厚度不均匀制件的流动特点,在厚度发生突变区域(变截面附近)压力等值线呈曲线,厚度方向存在压力变化,不符合Hele-Shaw假设。在变截面附近速度流动方向发生改变,且在变截面较厚一侧角域出现滞留区。 2.应用数学方法,取S为偏离因子,用来表征Hele-Shaw假设偏差大小,作为Hele-Shaw假设失效性的判断标准,计算结果表明,制件厚度突变区域S值较大,也就是压力等值线呈曲线状区域,不符合Hele-Shaw假设,在这一区域Hele-Shaw假设偏差较大;且不管制件厚度是变大还是变小,较厚截面一侧Hele-Shaw假设偏差较大。 3基于粘性流体力学基本方程,结合Hele-Shaw流动理论的简化和假设,建立厚度截面一维流动的数学模型。


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