论文摘要
聚合物共注成型工艺属于三维、瞬态、非等温多相分层流动成型过程,由于多相分层流动存在着各分层界面应力之间的相互耦合,使得聚合物共注成型制品品质是过程参数、聚合物流变性能参数和模具构型的多变量、高度非线性的复杂函数。至今国内外所有聚合物成型过程模拟的商业软件仍无共注成型过程智能优化功能,国内外有关共注成型过程智能优化理论的研究报道也极为罕见,由此可见,开展共注成型过程智能优化理论的研究具有重要的理论研究价值和工程应用价值。本文基于流变学理论,建立了聚合物共注成型的准三维非等温纯粘性的理论模型及其相适应的高效有限元数值算法,并基于人工智能技术,提出了基于模拟退火法和多岛遗传算法的共注成型制品品质和成型过程节能的智能优化算法和技术,通过数值模拟和过程优化,系统研究了共注成型制品品质和成型过程节能的优化工艺条件,主要取得如下成果:(1)针对聚合物共注成型过程的特点,基于聚合物流变学、流体动力学和热力学理论,经合理假设,建立了聚合物共注成型的准三维非等温纯粘性的理论模型及其相适应的高效有限元数值算法;(2)研究表明:共注成型过程的优化目标函数是多变量、高度非线性的复杂函数,而优化又属于多目标优化过程,因此,共注成型过程智能优化理论和技术的研究是实现共注成型多参数多目标高度非线性过程优化的唯一途径。(3)提出了基于模拟退火法和多岛遗传算法的共注成型制品品质和成型过程节能的智能优化算法和技术,研究表明多岛遗传算法是实现共注成型制品尺寸精度、机械强度品质和成型过程节能优化的理想智能优化控制技术。(4)研究表明模拟退火法和多岛遗传算法都是在全局范围内搜索变量,对于局部解的收敛情况有很好的避免效果,从而在全局范围内可以找到合适的优化解。而且与田口法比较,由于可以施加约束条件,使得共注成型过程芯层熔体前沿突破现象的发生可以避免。(5)通过共注成型过程的田口正交试验设计,并借助S/N比分析,研究了过程工艺条件诸参数对共注成型制品最大芯层熔体穿透深度的影响,通过方差分析,发现各过程工艺参数芯层熔体穿透深度影响程度的排序为壳层熔体温度、熔体填充速率、芯层熔体温度和保压压力。