基于边界元方法的注塑模结构分析

论文摘要

长期以来,注塑模具成型工艺数值模拟的焦点多集中于对成型制品的模拟,模具通常被视为一套刚性系统。然而实际上模具的变形直接关系到注塑制品的质量,同时模具的强度问题又决定了模具的成本和寿命,后者直接决定工业生产的成本。因此,本课题着眼于解决注塑模结构刚强度计算的问题,基于三维弹性边界元理论,对注塑模模具的刚强度计算进行了研究,建立了注塑模三维边界元弹性问题的数值模型,解决了如下难点问题:1)采用了三角斜坐标变换法改进了三维边界元奇异积分的处理方法;2)基于点-面接触探测模型,提出了高效率的接触网格搜索算法,建立了非匹配网格装配体模具的刚强度计算简化模型;3)采用了按面力不连续节点所在的积分单元分别处理的方法解决边界面力不连续问题。基于本文建立的注塑模三维边界元弹性问题的数值模型,开发出了一套集成的注塑模具的结构计算分析软件系统,能够与HSCAE注塑成型分析系统无缝集成。在其注塑成型工艺分析结果基础上,对装配体模具的变形和应力情况进行分析,通过控制模具变形量最终改善塑料制品的成型质量,同时也可以优化模具结构设计,可提高模具寿命,降低模具成本,有较好的经济效益。对于复杂型腔的模具,在商业结构分析软件中无法自动获取型腔压力,手动施加的型腔压力不能真实反映实际注射情况,分析结果可靠性难以保证。本系统能够自动将HSCAE的制品压力场映射到模具型腔,保证了计算凸凹模装配体模具变形问题时的边界条件,具有良好的用户界面和易操作性,通过与ANSYS对比,计算结果表明本文提出的数值模型及求解方法行之有效,具有实际的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 模具结构刚强度研究的国内外现状
• 1.4 本文的主要工作
• 2 数学建模
• 2.1 注塑模模具结构简介
• 2.2 模型简化与基本假设
• 2.3 基本方法
• 3 数值实现
• 3.1 边界积分方程数值离散
• 3.2 边界单元设计与实现
• 3.3 不连续边界条件的处理
• 3.4 边界积分奇异性消除
• 3.5 HG矩阵求解
• 3.6 系统整体求解流程
• 4 接触面处理
• 4.1 接触自动搜索算法
• 4.2 模具接触面处理算法
• 5 系统开发与实例
• 5.1 系统分析与设计
• 5.2 应用案例
• 6 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 作者在攻读硕士期间发表的论文