高聚物注射成型是当前塑料工业中应用最广泛、最有效的成型工艺之一,能实现三维复杂构件的一次近净成形,具有成型效率高、适合批量化生产的特点。注射成型CAE技术自上世纪50年代面世以来,已经得到非常广泛的应用,CAE分析业已成为模具制造前不可或缺的环节,其将模具设计和工艺参数设置建立在科学的分析基础之上,对缩短生产周期、提高产品质量具有重要指导作用。尽管如此,注射成型CAE技术仍存在诸多问题,例如模拟结果的准确性有待提高、参数设计依然依赖经验、网格处理繁琐、计算效率不高等等。上述问题的存在实际上是CAE理论模型和计算方法有待完善的反映,许多问题仍需深入研究。在此背景下,论文基于注射成型模拟软件Z-Mold研发与升级的任务要求,开展注塑模拟中传热、翘曲及计算效率等关键理论和算法研究,致力于使Z-Mold模拟结果的准确性进一步提升,对实际生产的指导意义进一步增强。主要研究工作包括以下方面：1.论文针对Hele-Shaw流动中能量方程整体法求解和分步法求解存在的问题,基于分步法,开展中面流动中熔体传热的算法研究,提出一种变长度子时间步长方法处理热对流项,确保搜索路径局限在当前单元内,有效解决了当单元速度很高、逆向搜索需穿透多个单元导致搜索可能失败的问题,并采用二分法确定子时间步数量,使算法简洁有效。基于该方法改进了Z-Mold软件的中面流动传热模块。算例表明,基于分步的异步长求解方法在保证计算精度和求解稳定性的同时,可以明显减少计算时间,提高计算效率。2.推导了基于中面模流分析的压力场求解有限元方程,针对压力场求解过程中生成的新方程组多、迭代次数多、模拟计算最耗时的特点,提出采用预条件共轭梯度(PCG)算法求解控制方程,并根据相邻时间步压力场相近的特点和方程系数矩阵带宽分布情况,采用近似三角分解来处理PCG算法的预条件矩阵。以Visual C++ 6.0为语言环境开发完成了PCG求解模块,并应用到Z-Mold软件。多个算例表明,PCG的求解时间比Z-Mold原有的Gauss-Seidel求解时间减少20%左右。3.研究提出一种预测注射成型长条状制件翘曲变形的新方法,即二步有限元方法。首先在宏观上,将长条件视为小弯曲梁,沿长度方向划分为若干个一维单元；然后,在一维单元的节点上,根据横截面的形状进行二维有限元分析,计算出一维单元节点的曲率或内弯矩,然后在单元内插值；最后根据单元的弯矩或曲率计算制件的变形。完成了上述理论方法的有限元方程推导,开发出自主知识版权的“注塑成型长条状制品翘曲快速预测系统StripMolding",并集成到注射成型模拟软件Z-Mold中。以实际生产的长条件为对象,验证了StripMolding翘曲变形模拟的准确性。4.针对长条状注射制品比常规尺寸产品更易变形、变形量更大的问题,以汽车门板防擦条为例,开展了基于预变形反补偿法的长条件翘曲变形控制研究,以StripMolding模拟的翘曲变形结果来确定预变形方向和预变形曲线,完成了预变形产品设计、模具设计,生产出满足精度和装配要求的产品。实践表明预变形设计拓展了注射成型工艺窗口,提高了一次试模成功率和生产效率,降低了模具开发风险,是控制长条状制品变形的有效方法,而CAE技术是确定预变形方向和预变形曲线的有效手段。论文针对当前CAE技术存在的关键问题、结合Z-Mold的实际情况开展研究,丰富和发展了注射成型模拟理论和算法,优化、改进了Z-Mold软件的相关模块,使软件对实际生产的指导意义进一步增强。