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熔体的流动行为直接影响塑件的最终质量,对流动过程进行数值模拟,可以预测熔体在充填阶段的压力场、速度场、温度场的分布和变化规律,工艺条件、塑料的物性参数对成型质量的影响,浇注系统和产品设计是否合理,从而找出可行的或最优的设计方案,避免在模具加工完成后反复试模产生的浪费。 本文系统研究了中面流动模拟的理论、方法,分析了在模拟复杂流动方面的不足;依据经典流体力学的理论建立了三维流动分析的数学模型,导出了变分方程和求解方法;针对速度场、压力场耦合求解的困难,提出了迭代求解的方法。主要工作包括: (1) 从粘性流体力学的质量、动量、和能量守恒原理出发,针对塑料注射成型的特点,建立了三维流动分析的控制方程、初始条件、边界条件,导出了对应的变分方程。使用Galerkin方法离散变分方程,分析了离散速度场、压力场所用的插值函数的性质,建立了有限元求解的代数方程组。 (2) 由于离散后的方程组系数矩阵对称但不正定,一般采用预处理的共轭梯度法求解,但这种方法的收敛困难,初值难以确定。本文对Galerkin方法离散的变分方程进行了修改,导出了关于压力场的拟Poisson方程,用迭代法独立地求解连续性方程、动量方程,并进行速度——粘度迭代求出最终的压力场、速度场,这种方法可以提高数值方法的稳定性,降低计算所需要的内存。 (3) 用隐式格式及“上风”法离散能量方程,避免了直接使用Galerkin方法求解能量方程容易引起的温度场的振荡。采用控制体积法确定熔体前沿,充填因子用Patrov-Galerkin方法计算。